인간 심장 재생·실험실 배양 심박조율기·심장 온 칩, 심장 분야 돌파구로

연구진은 심장마비 후 인간 심장 근육 세포가 재생될 수 있음을 처음으로 입증했고, 세계 최초로 실험실에서 배양한 동방결절(sinoatrial node)을 만들었으며, 세포 수준에서 심장 활동을 추적할 수 있는 박동하는 '심장 온 칩(heart-on-a-chip)'을 개발했다. 이러한 진전은 전 세계 사망 원인 1위인 심혈관 질환을 치료하고 연구하는 새로운 방법으로 이어질 수 있다.

Circulation Research에 게재된 연구에서 University of Sydney, Baird Institute, Royal Prince Alfred Hospital의 과학자들은 심장마비 후 심장 근육 세포가 재생될 수 있음을 발견했다. 이는 이전에 생쥐에서만 관찰된 과정이다. 세포가 분열하고 증식하는 과정인 유사분열의 증가가 인간 심장 조직에서 처음으로 확인됐다. 이 연구는 우회로 수술 중 살아있는 환자에게서 채취한 조직을 분석했으며, 심장의 병든 부위와 건강한 부위의 샘플을 모두 사용했다. 심장마비는 인간 심장 세포의 최대 3분의 1을 파괴할 수 있다. 생존율은 개선됐지만 많은 환자가 이식으로만 치료할 수 있는 심부전으로 발전한다. 호주에서는 약 14만 4000명이 심부전을 안고 살고 있지만, 매년 약 115건의 심장 이식만 수행된다. 연구진은 쥐의 심장 재생에 관여한다고 이전에 밝혀진 여러 단백질을 확인했으며, 이는 심장이 새로운 세포를 생성하는 자연적 능력을 증폭시키는 치료법을 개발하기 위한 것이다.

별도로, 상하이의 과학자들은 심장의 자연 박동 조율기 역할을 하는 작은 구조인 세계 최초의 실험실 배양 동방결절을 제작했다. 연구팀은 인간 다능성 줄기세포를 이용해 자율적으로 박동할 수 있는 3D 오가노이드를 구축했다. 우심방 내부에 자리 잡은 동방결절은 심방과 심실이 수축해야 할 시기를 결정하는 전기 신호를 지속적으로 보낸다. 이 구조가 실패하면 심장 박동이 위험한 수준으로 느려지거나 완전히 멈출 수 있다. 연구진에 따르면 이 오가노이드는 심장 질환 연구와 약물 스크리닝을 변화시킬 수 있다.

또 다른 진전으로, 캐나다의 여러 기관 과학자들이 스스로 박동하고 일반 약물에 예측 가능하게 반응하는 3차원 '심장 온 칩(HOC)'을 만들었다. 이는 심장 조직 전체의 활동을 세포 수준까지 실시간으로 추적하는 이중 감지 플랫폼을 통합한 최초의 사례다. 연구진은 쥐에서 심장 근육 세포와 결합 조직 세포를 채취해 겔 형태의 매트릭스 내부 실리콘 칩에 접종하고 두 가지 유형의 센서를 내장했다. 각 심장 박동에 따라 변형되어 수축력을 측정하는 탄성 기둥과, 세포 수준의 국소 기계적 응력을 포착하는 평균 50마이크로미터의 하이드로겔 마이크로센서가 그것이다. 심장 활동을 증가시키는 norepinephrine과 근육 활동 억제제인 blebbistatin을 사용한 테스트는 예측대로 작동해 HOC의 약물 스크리닝 잠재력을 입증했다. 연구팀은 다음으로 확장성 심근병증과 부정맥 환자의 세포를 사용해 질환을 시뮬레이션할 계획이며, 치료가 시행되기 전에 각 환자에게 가장 효과적인 약물을 식별하기 위해 HOC를 사용하는 장기적 목표를 세우고 있다. 이 연구는 Nano Micro Small 저널에 게재되었다.