케임브리지대, 칼텍 등 국제공동연구팀 네이처에 발표
국제공동연구팀이 실제 배아처럼 뇌가 발달하고 심장 박동이 관찰되는 합성 배아를 만들었다.
영국 케임브리지대와 미국 캘리포니아공과대학(칼텍) 등 국제공동연구팀이 쥐의 줄기세포를 이용해 이같은 합성 배아를 만드는 데 성공하고 국제학술지 '네이처' 8월 25일자에 발표했다.
연구팀은 배아줄기세포, 영양막줄기세포, 원시내배엽줄기세포 등 세 가지 유형의 줄기세포를 적절히 조합해 배아 모델을 만들었다. 줄기세포 배아 모델은 뇌의 초기 발달과 심장 박동이 보이는 난황낭(yolk sac)이 형성될 때가지 발달했다. 실제 배아였다면 수정된 뒤 약 10일간 발생이 이뤄진 셈이다.
앞선 8월 1일 이스라엘 와이즈만연구소 연구팀이 쥐의 줄기세포를 이용해 초기 뇌와 심장을 갖춘 합성 배아를 약 8.5일간 배양하는 데 성공해 국제학술지 '셀'에 발표한 바 있다. 케임브리지대 연구팀의 결과는 이를 넘어 배아와 동등한 수준의 신경계를 갖출 수 있다는 가능성을 보여줬다.
줄기세포를 이용한 배아에서 뇌, 그중에서도 전두엽이 발달하도록 성공한 것은 이번 처음이다. 배아에서 뇌 조직이 발달할 수 있는 신호를 찾아냈기에 가능했다. 연구팀은 2013년부터 합성 배아를 성장시키는 연구를 지속하고 있다. 뇌 발달에 중요한 역할을 하는 유전자군을 찾아내는 등 그간의 성과가 이번 연구 결과로 증명됐다.
막달레나 제르니카-겟츠 케임브리지대 생리학 및 신경발생학과 교수는 "우리가 만든 쥐 배아 모델은 뇌뿐만 아니라 박동하는 심장, 신체 모든 구성요소가 발달했다"며 "신경 발달을 연구할 수 있는 새로운 가능성이 열렸다"고 말했다.
초기 배아 발달 연구는 불임이나 난임을 해결하는 데 핵심적인 연구로 꼽힌다. 대다수는 배아 초기 단계에 세 가지 줄기세포가 제대로 상호작용하지 않아 실패한다. 수정 후 첫 일주일간 배아줄기세포, 영양막줄기세포, 원시내배엽줄기세포 등 세 종류의 줄기세포가 만들어진다. 이때 배아줄기세포는 신체 조직이 되고, 나머지는 배아에게 영양분을 공급해 발달을 돕는 역할을 한다. 배아가 정상적으로 자라려면 배아와 모체를 연결하는 조직 사이 상호작용이 중요하다.
제르니카-겟츠 교수는 "줄기세포 배아 모델은 작은 배아가 엄마의 자궁에 착상돼 정상 관찰이 힘든 단계까지도 확인할 수 있다"며 "많은 임신이 실패하는 이유와 이를 예방할 방법을 찾을 수 있다"고 말했다.
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- 이영애 기자yalee@donga.com