실험실에서 혈액세포가 인간 정자로…쥐 신장에서 '고환 유사 조직' 성숙
미국 연구팀이 쥐 신장에서 정자세포를 만들기 위한 시도를 진행했다. 실제 연구는 정원세포 단계에서 멈췄다.
사람의 혈액세포로 만든 줄기세포를 쥐의 신장에 이식해 인간 고환과 유사한 조직이 만들어졌다. 전 세계적으로 남성의 정자 수가 감소하고 있는 가운데 남성 불임을 해결하는 중요한 디딤돌이 될 것으로 기대된다.
오웬 웰런 미국 펜실베이니아대 수의과대학 교수 연구팀은 쥐의 신장에서 정자가 되기 전 단계인 인간의 ‘정원세포’를 생성하고 연구 결과를 국제학술지 ‘셈 스템 셀’에 발표했다. 선행 연구자들은 쥐의 피부세포에서 난자와 정자를 만드는 데 성공했다. 두 마리의 수컷 쥐로부터 새끼를 탄생시킨 연구 결과도 있다. 다만 쥐에서의 성공 전략이 인간에게도 통한다는 점은 확인되지 않았다.
연구팀은 우선 인간의 혈액세포를 인간 유도만능줄기세포로 되돌렸다. 인간 유도만능줄기세포는 피부세포나 혈액세포 같은 체세포를 배아줄기세포처럼 다양한 조직으로 분화할 수 있게 만든 줄기세포다. 연구팀은 인간 유도만능줄기세포를 난자와 정자로 자라나는 초기 배아 세포와 유사한 생식 전구세포로 전환시켰다.
생식 전구세포는 쥐의 고환에서 정자 발달을 지원하는 비생식 세포와 섞어 혼합 세포를 만들었다. 그 다음 혼합 세포를 살아있는 쥐의 신장 부위에 이식했다. 쥐의 신장은 이식된 조직을 지탱하기에 적합한 부위로 알려져 있다.
실험 결과 쥐에 이식된 혼합 세포들은 정자가 생성되는 고환 구조와 유사한 형태로 조직화됐다. 이식 후 6개월이 지나자 성숙한 정자가 되기 전 단계 세포인 ‘정원세포’로 발달했다. 실험은 정자로 성숙하지 못한 채 정원세포 단계에서 멈췄다.
연구팀은 “실험실에서 키운 정자 전구세포가 미성숙한 세포 단계에서 발달을 멈췄다”며 “실험실에서 성숙한 정자를 만들려면 극복해야 할 장애물이 많다”고 말했다. 연구팀은 인간과 쥐의 ‘종 차이’ 때문에 정자 발달로 이어지지 않았다고 해석했다.
정자로 발달하려면 비생식 세포의 지원과 더불어 멀리 떨어진 장기에서 보내는 호르몬 신호 등이 필요하다. 연구팀은 이 복잡한 과정이 쥐와 인간 사이에 완벽하게 일치하지 않을 것으로 보았다. 연구팀은 생식 전구세포를 배양할 때 정자 발달을 지원하는 인간 유래 비생식 세포를 함께 배양하면 성숙한 세포가 만들어질 가능성이 높아질 것으로 보았다.
쥐에서 만들어진 인간의 정원세포가 제 기능을 하는지 확인하려면 윤리적 문제를 극복해야 한다는 점도 연구의 향후 극복 과제다. 연구팀은 우선 원숭이에서 정원세포의 기능을 확인할 수 있길 희망한다고 밝혔다. 연구팀은 “현재 남성 불임의 약 40%는 원인을 알지 못한다”며 “이번 연구는 인간 정자 발달 단계를 연구하고 남성 불임 원인을 찾는데 적용될 수 있을 것”이라고 설명했다.