미국 연구팀이 인간의 줄기세포로 쥐의 박동하는 심장을 만들어내는 데 성공했다.

미국 피츠버그 대학 의과대학 발달생물학교수 레이 양 박사는 인간의 피부세포로 만든 유도만능줄기세포(iPS)를 심장조직을 구성하는 전구세포로 분화시키고 이를 모든 세포를 제거한 쥐 심장의 틀(기본골격)에 심어 박동하는 심장으로 키워내는 데 성공했다고 AFP통신과 영국의 데일리 메일 인터넷판이 13일 보도했다.

그의 연구팀은 먼저 인간의 피부에서 채취한 섬유아세포를 배아줄기세포와 유사 한 iPS로 환원시키고 이를 다시 다분화능 심혈관전구세포(MCP: multipotential card iovascular progenitor cell)로 분화시켰다.

MCP는 심장조직을 구성하는 3대 세포인 심근세포, 혈관내피세포, 평활근세포로 분화할 수 있는 기능을 지니고 있다.

이어 쥐의 심장을 떼어내 10시간에 걸쳐 모든 세포를 제거하고 남은 뼈대에 MCP 를 심었다.

이식된 MCP는 심장구조를 지지하는 조직인 세포외 기질(extracellular matrix)을 만들어내기 시작했다. 세포외 기질은 심장이 제대로 기능하는 데 필요한 세포를 만들라는 신호를 MCP에 보낸다.

몇 주 후 마침내 완전한 심장조직이 형성되고 1분에 40~50회씩 수축하면서 박동을 시작했다.

인간줄기세포로 쥐의 살아 움직이는 심장이 만들어진 것이다.

다음 단계의 연구는 이 심장이 효과적으로 혈액을 박출시킬 수 있을 만큼 보다 강력하게 수축하게 하고 이와 함께 심장의 전기유도 시스템을 구축하는 것이라고 양 박사는 밝혔다.

그의 1차적인 목표는 심장발작으로 손상된 심장부위를 대체할 수 있는 심근조직 의 일부분을 만드는 것이다. 

이는 심장 전체를 만드는 것보다는 한결 수월할 것이기 때문이다. 

이 연구결과는 영국의 과학전문지 '네이처 커뮤니케이션'(Nature Communications) 최신호에 발표됐다.

<관련 영문 기사)

Scientists grow human heart tissue

Scientists said Tuesday they had used stem cells to grow human heart tissue that contracted spontaneously in a petri dish -- marking progress in the quest to manufacture transplant organs.

A team from the University of Pittsburgh, Pennsylvania, used induced pluripotent stem (iPS) cells generated from human skin cells to create precursor heart cells called MCPs.

iPS cells are mature human cells “reprogrammed” into a versatile, primitive state from which they can be prompted to develop into any kind of cell of the body.

The primitive heart cells created in this way were attached to a mouse heart “scaffold” from which the researchers had removed all mouse heart cells, they wrote in the journal Nature Communications.

The scaffold is a network of non-living tissue composed of proteins and carbohydrates to which cells adhere and grow on.

Placed on the 3D scaffold, the precursor cells grew and developed into heart muscle, and after 20 days of blood supply the reconstructed mouse organ “began contracting again at the rate of 40 to 50 beats per minute,” said a University of Pittsburgh statement.

“It is still far from making a whole human heart,” added senior researcher Lei Yang.

Ways have to be found to make the heart contract strongly enough to pump blood effectively and to rebuild the heart‘s electrical conduction system.

“However, we provide a novel resource of cells -- iPS cell-derived MCPs -- for future heart tissue engineering,” Yang told AFP by email.

“We hope our study would be used in the future to replace a piece of tissue damaged by a heart attack, or perhaps an entire organ, in patients with heart disease.”

According to the World Health Organisation, an estimated 17 million people die of cardiovascular ailments every year, most of them from heart disease.

Due to a  shortage of donor organs, “end-stage heart failure is irreversible,” said the study.

More than half of patients with heart disease do not benefit from drugs.

“Heart tissue engineering holds a great promise... based on the reconstruction of patient-specific cardiac muscle,” the researchers wrote.

Last month, scientists in Japan said they had grown functional human liver tissue from stem cells in a similar process.

Creating lab-grown tissue to replenish organs damaged by accident or disease is a Holy Grail for the pioneering field of stem cell research.

Until a few years ago, when iPS cells were created, the only way to obtain stem cells was to harvest them from human embryos.

This was controversial because it required the destruction of the embryo, a process to which religious conservatives and others object. (AFP)