황반변성 치료를 위한 줄기세포 간소화

황반변성 치료를 위한 줄기세포 간소화
날짜:
2022년 6월 14일
원천:
에콜 폴리테크니크 페데랄 드 로잔
요약:
과학자들은 노화 관련 황반변성과 같은 안과 질환을 치료하기 위해 인간 배아 줄기 세포를 망막 세포로 성장시키는 프로토콜을 테스트하고 확인했습니다.

나이가 들면 눈도 늙습니다. 가장 일반적으로 이것은 시력의 변화와 새 안경을 포함하지만 더 심각한 형태의 노화 관련 눈 문제가 있습니다. 이들 중 하나는 연령 관련 황반 변성으로, 황반에 영향을 미치며, 이는 우리에게 선명한 시력과 세부 사항을 구별하는 능력을 제공하는 눈의 뒤쪽 부분입니다. 그 결과 시야의 중앙 부분이 흐려집니다.

황반은 눈의 망막의 일부로, 주로 눈의 시각 세포인 원추체 및 간상체 광수용체 세포로 구성된 빛에 민감한 조직입니다. 망막에는 또한 망막 색소 상피(RPE)라는 층이 포함되어 있는데, 이 층은 빛 흡수, 세포 폐기물 청소, 눈의 다른 세포를 건강하게 유지하는 등 몇 가지 중요한 기능을 합니다.

RPE의 세포는 또한 눈의 광수용기 세포에 영양을 공급하고 유지하기 때문에 노화 관련 황반변성에 대한 가장 유망한 치료 전략 중 하나는 노화되고 퇴행하는 RPE 세포를 인간 배아 줄기 세포에서 자란 새로운 세포로 대체하는 것입니다.

과학자들은 줄기 세포를 RPE로 전환하는 몇 가지 방법을 제안했지만 세포가 시간이 지남에 따라 이러한 자극에 어떻게 반응하는지에 대한 지식에는 여전히 격차가 있습니다. 예를 들어, 일부 프로토콜은 몇 달이 걸리고 다른 프로토콜은 최대 1년이 걸릴 수 있습니다. 그러나 과학자들은 그 기간 동안 정확히 무슨 일이 일어나는지 명확하지 않습니다.

혼합 세포 집단

Gioele La Manno 박사는 "임상 시험을 위해 제안된 분화 프로토콜 중 어느 것도 단일 세포 수준에서 시간이 지남에 따라 자세히 조사되지 않았습니다. 우리는 그들이 망막 색소 세포를 만들 수 있다는 것을 알고 있지만 세포가 어떻게 그 상태로 진화하는지는 미스터리로 남아 있습니다"라고 말했습니다. EPFL의 생명 과학 독립 연구(ELISIR) 프로그램의 연구원.

"전반적으로 이 분야는 차별화의 산물에 너무 집중되어 있어 수행된 경로가 때때로 간과되었습니다."라고 그는 덧붙입니다. "이 분야가 앞으로 나아가기 위해서는 이러한 프로토콜에서 발생하는 역학의 측면을 이해하는 것이 중요합니다. 성숙으로 가는 경로는 예를 들어 치료의 안전성이나 세포 순도 및 생산시간 단축"

줄기세포가 RPE 세포로 성장함에 따라 추적

La Manno는 현재 Karolinska Institute(Sweden)의 Fredrik Lanner 교수와 함께 인간 배아 줄기 세포를 실제로 임상용으로 의도된 RPE 세포로 분화하는 프로토콜을 프로파일링하는 연구를 주도했습니다. 그들의 연구는 프로토콜이 연령 관련 황반변성을 위한 안전하고 효율적인 만능 줄기 세포 기반 치료법을 개발할 수 있음을 보여줍니다. 연구는 간행되고 이번 달 줄기 세포 보고서 저널의 표지에 실렸습니다 .

"정량적 PCR 및 대량 RNA-seq와 같은 표준 방법은 많은 세포 집단에서 RNA의 평균 발현을 포착합니다."라고 EPFL의 박사 과정 학생이자 이 연구의 주저자 중 한 명인 Alex Lederer가 말했습니다. "혼합 세포 집단에서 이러한 측정은 프로세스가 올바르게 전개되고 있는지 아는 데 중요한 개별 세포 간의 중요한 차이를 모호하게 할 수 있습니다." 대신 연구자들은 주어진 시간에 개별 세포의 모든 활성 유전자를 탐지할 수 있는 단일 세포 RNA 시퀀싱(scRNA-seq)이라는 기술을 사용했습니다.

중간 상태를 살펴보면

연구자들은 scRNA-seq를 사용하여 총 60일이 소요되는 분화 프로토콜 전반에 걸쳐 개별 인간 배아 줄기 세포의 전체 유전자 발현 프로필을 연구할 수 있었습니다. 이를 통해 그들은 망막 색소 세포로 성장함에 따라 인구 내의 모든 일시적인 상태를 매핑할 수 있을 뿐만 아니라 프로토콜을 최적화하고 비 RPE 세포의 성장을 억제하여 오염된 세포 인구의 형성을 방지할 수 있었습니다. "목표는 이식 시 혼합된 세포 집단을 방지하고 종말점에 있는 세포가 환자 눈의 원래 RPE 세포와 유사한지 확인하는 것입니다."라고 Lederer는 말합니다.

그들이 발견한 것은 RPE 세포가 되는 과정에서 줄기 세포가 초기 배아 발달과 매우 유사한 과정을 거친다는 것입니다. 이 기간 동안 세포 배양은 배아의 신경관을 발달시키는 과정인 "입구 배아 패턴화"를 채택했으며, 이는 계속해서 시각, 청각 및 미각을 위한 뇌 및 감각 시스템이 됩니다. 이 패턴화 후, 줄기 세포는 RPE 세포로 성숙하기 시작했습니다.

Eye-to-eye: 동물 모델에 RPE 세포 이식

그러나 분화 프로토콜의 요점은 황반 변성을 늦추기 위해 환자의 망막에 이식할 수 있는 순수한 RPE 세포 집단을 생성하는 것입니다. 그래서 연구팀은 scRNA-seq로 모니터링한 세포 집단을 두 마리 암컷 뉴질랜드 흰둥이 토끼의 망막하 공간에 이식했다. 이 작업은 북부 스톡홀름 동물 실험 윤리 위원회의 승인을 받아 수행되었습니다.

이 작업은 프로토콜이 순수한 RPE 세포 집단을 생성할 뿐만 아니라 이러한 세포가 망막하 공간에 이식된 후에도 계속 성숙할 수 있음을 보여주었습니다. "우리의 연구는 분화 프로토콜이 연령 관련 황반변성에 대한 안전하고 효율적인 만능 줄기 세포 기반 치료법을 개발할 수 있음을 보여줍니다"라고 현재 프로토콜이 곧 임상에서 사용될 수 있도록 하고 있는 Dr Fredrik Lanner가 말했습니다.