안녕하세요.

제이슨99 입니다.

오늘은 간만에 자극적인 제목으로 낚시글을 작성합니다. (음?)
(그렇다고 게시물의 내용이 거짓말은 아닙니다.)

일단 기본전제로 알아두셔야 할점은 "신장조직의 회복(재생)"은 없다는 점입니다.


신장조직은 기본적으로 회복을 하지않습니다.


왜 회복하지 않느냐구요?
왜 뇌조직은 재생을 하지않을까요? 뇌가 재생한다면 인지증이나 알츠하이머가 없어질텐데요?
왜 척수손상이 일어나면 신체의 마비가 일어날까요? 척수가 재생되면 마비도 없어질텐데요?

똑같은 질문입니다.
인간이 그렇게 태어났기때문입니다.
모든것이 그렇듯이 설계된대로 움직입니다.

그러나 크레아티닌을 낮추는 방법은 있습니다.
그런데 크레아티닌을 낮춘다면 신장기능이 회복되고 있다고 믿고 계십니까?

모든 장기가 그렇지만 모든것은 구조적인 하드웨어와 그것을 운용하는 소프트웨어가 맞물려있듯이 두가지가 나뉘어져있습니다.
소변을 만들어내는 과정은 신장이라는 구조적인 장기와 혈류를 조절하는 운용에 따라 신기능이 달라지게 됩니다.

즉, 신기능이라는 개념을 이해하기 위해서는 신장의 구조와 그 운용을 제대로 이해할 필요가 있습니다.

GFR = Kf · P(uf) = k · S · (ΔP-ΔΠ)

사구체 여과계수 (Kf)는 필터의 투과성(k)와 면적(S)으로 계산되며 여과의 원동력 (P(uf))은 정수압 차 (ΔP)보다 작고, 콜로이드 이온의 삼투압 (ΔΠ)을 마이너스한 값이 된다. 정수압 차이는 사구체 혈압 (약 50 mmHg)과 보우먼 주머니의 압력 (약 15 mmHg)의 차이이다. 콜로이드 이온 삼투압이란 혈장에 포함된 약 7%의 단백질 분자에 의해 발생하는 삼투압이며 여과필터는 대부분 단백질을 통과시키지 않기에 여과된 소변의 단백질 농도는 제로에 가까워지게 됩니다. 


소변을 만드는 과정에 대해서 ( https://hellojworld.com/74 )


간단한 설명을 추가하자면 사구체는 혈관이 실타래처럼 얽혀있는 기관이며 주머니 (보우먼 주머니) 에 혈관과 주머니를 나누는 얇은 벽이 여과를 위한 필터역할을 합니다. 이 사구체의 여과는 순수하게 모세혈관 내부와 외부의 압력차를 이용한 역학 에너지 (순수한 운동, 위치 에너지) 만으로 여과가 이루어지게 됩니다. 이때 사구체의 여과량 (즉, 사구체의 여과결과물 = 원뇨) 에 영향을 미치는 요소는 혈류, 사구체 혈압과 보우먼 주머니의 압력차로 발생하게 됩니다.

즉, 정리하자면 한 개의 네프론에 흘러들어오는 혈액의 양 그리고 그 압력차에 따라 여과되는 혈액양 (사구체여과율)은 변동을 하게됩니다.
그리고 이 네프론이 약 200만개가 동시에 작동하고 있는것이 바로 우리의 신장입니다.

그런데 신장병을 앓고 있는 사람은 바로 이 200만개중에 손상을 입는 조직(네프론)이 점점 늘어나고 있는 사람인것이죠.
그러니 당연하게도 1개의 네프론이 여과하는 양이 동일하다면 점점 줄어드는 사구체의 조직에 따라 여과되는 소변도 마찬가지로 줄어들 수 밖에 없습니다.

그럼 이 손상되는 네프론이 점점 늘어나는 상황에서도 사구체여과율이 상승하는 방법 (원뇨가 늘어나는 방법) 은 무엇일까요?


1. 사구체에 유입되는 혈액의 양을 더욱 늘린다.
2. 사구체에 가해지는 압력 (사구체 혈압) 을 더욱 높인다
3. 기타
  유입되는 혈액자체의 Cr 농도를 낮춘다 : 근육량의 손실, 수액, 과다한 수분섭취 등


1은 혈액유입량에 대한 내용이므로 바람직한 한가지 방법이 됩니다.

다만 2,3은 "사기"에 해당하는 방법이고 1,2,3을 전부 사용하면 어떤 사기꾼이든 기적의 치료법을 사용할 수 있는 기본이 됩니다.

이 내용에 대해서 이하에서 더 자세하게 다뤄보겠습니다.



1. 혈압(사구체 혈압)을 높임
먼저 혈압의 개념을 정확히 할 필요가 있습니다.
일반적인 혈압은 기본적으로 "전신 혈압"을 일컫습니다.

그럼 제목의 혈압은 무엇이냐면 바로 사구체혈압을 뜻합니다.

보통 사람이 혈압의 변동이 일어나도 사구체혈압은 변하지 않습니다.
무슨 말이냐면 갑자기 어떤 사람이 대량의 염분을 섭취해서 혈관중의 수분을 끌어당기고 이것이 혈압의 상승으로 이어진다고 해도 사구체의 혈압자체가 변하지 않습니다.

그렇기에 일반적으로 혈압이 올라가니 사구체여과율이 올라가거나 혈압이 떨어지니 사구체여과율이 낮아지거나 하지는 않습니다.
그러나 일반적으로 말하는 사구체 보호효과가 있는 혈압약을 끊으면...?
사구체의 혈압이 올라갑니다.

그리고 그만큼 사구체여과율은 올라갑니다.

정수기에 수압을 높이면 그만큼 여과된 물이 더 많아지는 이유와 같습니다.

문제는 수압이 높아진 만큼 정수기의 필터는 곧 수명이 다하게되고 정수기의 필터는 교환하면 되지만 신장은 그렇게 쉽게 교환할 수 없다는 점이죠.

(신장이식을 손쉽게 하시는 분이라면 괜찮겠지만...)



2. 근육량을 줄임
Cr은 근육의 손상에 따른 노폐물입니다.
그리고 이 Cr은 신장의 사구체에서 여과되어 소변으로 버려집니다. (Cr은 거의 전부 사구체에서만 처리가 가능합니다.)
즉, 근육이 있다면 (살아서 움직이는 생물이라면) Cr은 근육의 재구축에 의해 발생할 수 밖에 없고, 근육이 많은 사람은 기본적으로 근육이 적은 사람보다 "더" 많은 Cr을 발생시키게 됩니다.

이를 비유로 말하자면 정수기에서 정수하기 전의 불순물과 정수된 물의 불순물의 차이를 비교해서 그 차이만큼 정수기가 얼마나 "일"을 했는지 파악하는 기준이 된다는 내용이 됩니다.

즉, 키가 크고 근육이 많은 20대, 장신의 남자(A)라면 당연하게도 Cr이 더 높은 수치를 내는것이 당연합니다.
다르게 말하면 고령의 키가 작은 여성(B)이라면 당연하게도 더 낮은 Cr을 나타내게 되는것도 당연하다는 얘기가 됩니다.

그럼 상기 A와 B가 근육량이 어느정도 차이가 날까요?
답은 개인에 따라 다르겠죠.

실은 A가 운동은 거의 하지않고 침대에서만 생활하는 사람이라고 합시다.
그리고 B가 실은 전직 보디빌더로 현재도 취미로 계속해서 운동을 하고 있다고 합시다.

그럼 우리가 생각하는 전제 (A는 Cr이 높고 B는 Cr이 낮을것이다) 가 무너질겁니다.

신기능은 어떻게 계산할까요?
신기능은 그저 간단히 위의 Cr 수치와 성별, 나이를 넣고 계산됩니다.
즉, 성별, 나이에 해당하는 그룹에서 일반적이지 않은 근육량(적던지 많던지)을 가지고 있다면 일반적이지 않은 사구체여과율을 보인다는 의미입니다.

다르게 말하면 "실은 A가 근육이 거의 없다"와 "실은 B가 보디빌더이다"라는 사실을 사구체여과율 공식은 적용하지 못한다는 얘기입니다.

즉, Cr 수치에서 사구체여과율은 대략적으로 계산한 수치 그것이 eGFR ("추정" 사구체여과율) 이라는겁니다.

다르게 말하면 어떤 사람이 침대에서 하루종일 뒹굴고, 식사는 무단백을 계속하며 혈액검사를 하면...?
근육량의 저하에 따라 노폐물에 해당하는 크레아티닌 (Cr) 도 저하하게되고 신장은 별로 일도하지 않고 마치 많은 일을 한것처럼 보이게된다는 의미입니다.


3. 수액
Cr의 단위를 보면 mg/dL 즉, 농도입니다.
다르게 말하면 같은 양의 Cr에서 혈액량을 늘리면 낮아지고, 혈액량을 줄이면 높아집니다.
전자를 과다수분섭취, 후자를 탈수라고 합니다.

즉, 과다수분섭취를 하면 그만큼 Cr은 낮아지게 됩니다.
그렇다고 어느정도의 수분은 섭취하면 좋지만 지나친 수분섭취는 물중독증에 의한 저나트륨 혈증을 불러오게됩니다.

다르게 말하면 수분을 섭취하는게 아니라 정맥을 통한 수분과 전해질을 주사하는 수액은 그만큼 Cr을 저하시키게되고 수액을 맞고 혈액검사를 하면 당연하게도 Cr은 저하하게되고 신기능은 높게 나오게됩니다.




가끔씩 그냥 무작정 Cr이 낮아졌으니 신기능이 회복되었다...라고 외치고 계신 분이 계십니다.
그런데 그런 분들은 크게 두가지로 나뉘어집니다.

1. 사기꾼
2. 신장에 대한 무지

그럼 한가지 질문을 하겠습니다.

여러분들의 소원은 투석까지의 기간연장인가요 아니면 신기능의 개선(Cr의 저하)인가요?
이 두가지 질문이 혹시 같다고 느끼는 분이 계시다면 잘못된 생각을 하고 계십니다.

본인에게 맞는 신기능을 추구하는 것이 중요합니다.
어떤 분은 높은 Cr에서도 몇년간을 유지하는 경우도 어떤 분은 신기능 정상에서도 순식간에 신부전 말기까지 치닫기도 합니다.
이는 달리 말하면 신기능이 아닌 신장 조직을 잘 유지하고 보호해야한다는 의미가 됩니다.

즉, 신장조직 (하드웨어) 이 제대로 유지되어있다면 신기능은 다시 올라갈 수 있습니다.
마치 고혈압(전신혈압)으로 일시적인 신기능 저하가 일어난 사람이나 급성신부전처럼 말이죠.


신장에 유입되는 혈류량 자체가 줄어서 여과량이 줄어든 사람은 조직이 유지되고 있으니 단기간이라면 아직 회복의 여지가 있다는 얘기입니다. (개인에 따라 이 "단기간"의 시간도 다르고 유입되는 혈류량도 다를겁니다. 하지만 그 상태가 계속된다면 사구체의 조직은 허혈성 손상에 의해 영구적인 타격을 입게됩니다.)

하지만 신장조직 (하드웨어) 를 잃은 사람이 본인의 능력(신장조직)이상의 효율 (소프트웨어) 을 높이면 일시적으로 신기능은 좋아질지도 모르나 오히려 신장조직 (하드웨어) 의 손상을 촉진시켜 결과적으로 신기능의 악순환에 빠질뿐입니다.

저는 본인의 상태에 맞는 신기능을 "유지"하는 것이 중요하다고 생각하는 사람입니다.
그리고 신장을 "가늘고 길게" 사용하고 싶은 사람입니다.

신장기능을 "짧고 굵게" 사용하시고 싶은 분이 계시다면?


간단합니다.
혈압약을 끊고 사구체 혈압을 높이는 생활습관을 가지면 됩니다.
고혈압을 장기간 유지하면 더더욱 좋겠지요.



안녕하세요.
제이슨99 입니다.

 가끔씩 재생의학에 관심이 있으신 분들을 봅니다.
만성신부전증 환자는 당연하게도 관심을 가지게 될겁니다.
하지만 의외로 xx년 이내에 나올것이다 등등 시기에는 다들 관심을 갖는데 "어떻게" "무슨 방법을 통한" 연구를 진행하는지 관심을 갖는 분들은 생각보다 적습니다.


 이번에 일본의 신장재생연구의 현주소에 대해 가볍게 알수있는 글을 읽었기에 관심있는 분들에게도 공유를 드리고 싶어 글을 작성합니다. 

 


제 52회 일본임상 신장이식 학회보고 특별강연

어디까지 왔는가 신장재생의료 도쿄지케이 의과대학 신장/고혈압 내과 横尾 隆(요코오 타카시) 교수

 

발표일 : 2019/2/13

 

 

■ iPS세포이용에 의한 재생의료 연구

 일본에서 iPS 세포가 수립된 것을 계기로 시작된 재생의료 연구도 10년이 경과하여, 중도의 심장마비 (심근시트 치료), 파킨슨 병, 혈소판 수혈, 각막, 척수재생 등에서 임상응용이 현실로 이루어진 것들이 나오기 시작했습니다.

 신장에 있어서는 재생의료가 가능해지면 투석이나 이식 등 현재의 치료법을 대체할 획기적인 치료가 될 것으로 기대되는 반면 혈관, 사구체, 세뇨관, 신우, 요관 등 성질이 다른 여러 조직을 어떻게 복합적으로 형성할 것인지 난이도가 높고 가장 재생이 어려운 장기라고 알려져있습니다.

 

 조직을 개별적으로 iPS 세포에서 형성하는것에는 성공하였으나 요코오 연구그룹은 지난 10년간 사구체와 세뇨관이 입체구조를 가지고 하나의 네프론 (신장의 기능단위) 을 구성하고 있으며 동시에 그것들이 약 100만개가 모인 신장을 생성함과 동시에 소변을 모아 요관에 흘려보내는 요로조직을 동시에 만들어 구성시킨다는 매우 어려운 연구가 일본의료연구 개발기구 (AMED)에서 이루어지고 있습니다.

AMED : https://www.amed.go.jp/

 

 

■ 신장재생까지의 여정에 대해서

 요코오 교수는 신장의 여러조직을 동시에 형성하는 어려운 난관을 인간의 신장형성의 과정에서 힌트를 얻을 수 있다고 생각했습니다. 인간의 복잡한 신체도 결국은 단 하나의 수정란이 분열을 반복되어 이루어지며 신장 (네프론의 집합)과 요로계통의 부분은 별도로 만들어져 서로 자극하면서 결과적으로 연계되어 신요로가 형성됩니다.

 

 요코오 교수는 그 형성과정에 주목하여 연구를 진행하여 2017년 11월 마우스의 신장재생에 성공하였고 이후 인간크기의 신장을 만들기위한 실험을 시작하였습니다. 유전자 조작돼지의 태아에게 요로계의 기반이되는 요관아(향후 요관이 되는 발아점)라는 조직에 투석환자의 iPS 세포에서 제작한 신장전구세포(신장으로 발달하기 전단계의 세포)를 삽입하여 신장재생을 촉진하면서 클론돼지의 복부의 대망막이라고 불리우는 혈류가 풍부한 지방조직속에 생체배양합니다. 그러면 일정기간 경과후 신장조직이 구성됩니다. 신장조직과 대망막 사이에 액체가 고여있었으며 그것은 소변의 성분인것으로 확인되었습니다.

 

 최종적으로 약물로 돼지로부터 생성된 세포를 소멸시켜 환자의 iPS로부터 만들어진 세포만을 남기는 과제까지 성공하였으나 아직 여과된 소변을 어떻게 배출하는가 (즉, 요로계통과 어떻게 결합시킬것인가) 라는 벽에 봉착했습니다.

 그래서 요코오 교수의 연구그룹은 인간태아에게서 신장뿐만 아니라 소변배설경로를 통틀어 함께 만들어가는 과정을 전부 돼지의 대망막에 재생시키는 방법을 생각했습니다. 네프론 전구세포(네프론으로 발전하는 세포)만이 아닌 신장, 요관, 소변배설까지 전부 재생시키는 방법입니다. 가능한 인간에 가까운 조직으로서 기능을 하도록하기위해 원숭이의 일종인 코먼마모셋 (몸길이 20-25cm의 작은 원숭이)를 실험을 이용하여 실제로 복부에 신장, 요로 그리고 뇨 배설기관이 형성된 것을 확인했습니다. 나머지는 인간에게 이식함으로서 배양이 가능하게되면 꿈의 치료가 현실이 되는 단계입니다.

 실제로 인간에 응용하기 위해서는 종의 문제를 극복할 수 있는가하는 문제도 있기 때문에 환자의 세포만을 남기고 동물의 세포만을 소멸시키는 약을 가능한 무해한 약으로 변경 (디프테리아 독소에서 타목시펜으로 변경)하거나 동물 종의 차이에 의한 거부반응을 억제하기 위해 인간과 같은 면역억제제를 사용할 수 있도록 붉은 털 원숭이 (몸길이 47-64cm의 원숭이)에서도 유사한 실험이 이루어지고 있습니다.
동물 실험에서는 양쪽의 신장을 적출하여 재생의료로 제작된 네프론 전구세포와 소변배설기관을 이식하여 일정기간 경과후 발달된 신장에 그 동물 본래의 요관을 연결하는 수술을 진행하여 소변이 생성되어 배설되는 단계까지 성공하였습니다.

■ 임상응용과 과제

 신장 재생의료는 임상응용 직전의 단계에 직면하고 있습니다.
그리고 이를 어떻게 인간에게 적용시킬지에 대한 문제가 남아있습니다. 투석을 받고있는 환자별 iPS 세포는 혈액을 채취하여 만들 수 있지만 iPS 연구소에서 환자의 유전자에 맞추어 공급하는 방법도 생각할 수 있습니다.

 또한 일단 재생장기의 이식수술을 실시하여 장기생성 단계에서 요관과 연결하는 수술등 일련의 수술/치료에 어느 정도의 비용이 필요한지 시작단계에 있으며 대략 30억엔정도의 설비투자가 필요하다고 여겨지고 있습니다. 그런 설비문제에 해결방안을 모색하고 있습니다. 제약회사나 의료관련기업의 시설을 차용하여 신세포 센터, 신장재생 센터로 정비하는 방안과 함께 법률의 정비도 필요한 상황입니다.

동물의 체내에서 배양한 조직을 인간에게 이식하는것이 과연 옳은일인가의 문제는 일본국내에서는 아직 저항이 있으나 이미 구미에서는 재생의료에서 동물로부터의 바이러스 감염율과 안전성에대해 정부가 법률정비를 추진하고 있습니다.

 연구소에서 임상응용이 시작된 망막 iPS세포의 재생의료는 이러한 법률정비에 4년의 시간이 필요합니다. 신부전으로 투석을 강요받는 환자를 위해 일본에서도 법률로 재생의료를 인정할 준비를 빨리 시작해야 합니다.
 지금 재생의료의 임상응용건수는 중국과 미국은 이미 일본의 20배 이상이되고, 여기에서도 일본의 법률 및 사회적 환경정비는 늦어지고 있는것이 현상태입니다.
 이에대한 해결책을 요코오 교수가 준비하여 iPS세포에 의한 수많은 장기부전을 치료하기위한 국가 프로젝트를 주재하여 야마나카 박사 (노벨상 수상자)와 대담을 통해 급증하고있는 만성신부전환자의 재생의료로 치료하는것이 환자의 생존율을 올리는 직접적인 방법이 될것이라는 의견을 정부에 호소하여 연구예산을 확보해나가고 있다는 소식을 알려왔습니다.


관련링크

http://www.congre.co.jp/52jscrt/program.html

https://medipress.jp/doctor_columns/360


 사실 스스로 그렇게까지 재생의학에 관심이 없다보니 최근에는 찾아보는것을 게을리했는데 꽤나 진전이 있는듯해서 좀 놀랐습니다.  아울러 이미 재생의학에서 다른 부분 (법률이나 시설투자 등의 현실적인 문제)에 대해서 본격적으로 다루고 있는 점을 보면 실은 한국이 재생의학에서 제일 뒤쳐지고 있는것은 아닌가하는 불안과 걱정이 됩니다.

안녕하세요.

제이슨99 입니다.

 

간만에 신장재생연구에 최근 첫 임상시험(사람대상)이 이번해안에 (19년) 시행된다는 뉴스를 보았습니다.

기대되는 행보이고 현재의 경위에 대해서 좀 알아보고 싶어서 조사를 해보았습니다.

 

이번 게시물은 19년 4월의 개시물로 현재 연내 임상시험을 준비하고 있는 팀이 구성된 뉴스를 이제서야 찾아봤습니다.

 


지케이 (慈恵)대학, 메이지 대학, (주) 바이오스, (주)폴 메드 테크 및 스미토모 제약(주)의 5개의 대학 및 기업이 iPS세포를 이용한 "태생장기생성법(胎生臓器ニッチ法)"에 의한 신장재생의료의 2020년대의 실현을 목표로 공동연구개발 등의 노력을 시작했다고 발표했다.

"태생장기생성법"은 도쿄 지케이 의과대학의 신장·고혈압 내과학의 横尾(요코오) 준교수의 연구성과이며, 동물의 발생단계인 태아에서 장기가 발생하는 장소 (장기의 발생공간)에 다른 동물에서 목적으로하는 기관의 전구(기관이 되는 전단계) 세포를 주입함으로서 장기로 분화유도하는 방법입니다.

이번 신장재생은 인간 iPS세포에서 분화 및 유도한 네프론 단위의 전구세포를 메이지 대학 바이오자원 국제연구소의 나가시마 히로시 소장의 연구성과인 '인간신장 재생 의료용 유전자 변형돼지"의 태아에서 채취한 신원(腎原)을 바탕으로 주입하여 발달된 장기를 환자에게 이식함으로써 기능성 신장의 재생을 목표로 하는 내용입니다.

"태생장기생성법"은 바이오스가 "인간 신장재생 의료용 유전자 변형돼지"는 폴 메드 테크가 각각의 기술에 관한 재생의료벤처로 설립되었으며, "태생장기생성법"을 사용하여 신장재생 의료의 사업화는 5자 협력하에 스미토모 제약이 담당합니다.

요약
인간 iPS세포에서 네프론으로 발전하기전의 전구세포로 분화유도합니다.
유전자변형 돼지태아의 방광이 붙어있는 신원부분에 네프론 전구세포를 주입합니다.
네프론 전구세포를 주입한 방광이 붙어있는 신원부위를 환자에게 이식하여 장기의 생성을 유도합니다.
신원을 이식받은 환자에게 요로성형술을 실시하여 기능적인 신장을 제공합니다.


요약하면
1. 환자의 유전자에서 채취한 만능세포(iPS)을 신장세포로 분화유도합니다.
2. 1에서 신장의 근원세포로 발전한 부분을 아기돼지의 신장으로 발달되는 부분에 붙여서 발달시킵니다.
3. 2에서 돼지의 태내에서 발전하여 신장이된 부분을 적출하여 환자에게 이식합니다.
4. 이식과 함께 요로성형술을 함으로서 신장이 기능할 수 있도록 합니다.

 


사실 내용보다는 합동연구를 시작하는 팀이 거의 올스타 연구진을 보는듯한 느낌이 들었습니다.
이 방면에 유명한 지케이 대학과 메이지대학 그리고 각각의 연구성과를 뒷받침할 스폰서... 

그리고 이 전체를 아울러서 자금 및 전체 계획을 움직일 제약사까지...

 

이 뉴스가 4월의 뉴스였습니다...

링크 : https://pulse-beat.com/articles/Vsm1S

 

 

도쿄 지케이(慈恵)의대와 일본 스미토모 제약은 6일까지, 유도 만능 줄기세포 (iPS 세포)와 돼지의 태아조직을 사용하여 사람의 체내에서 신장을 만드는 재생의료 공동연구를 시작했다고 발표했다. 원숭이 실험으로 안전성과 효과를 확인 후 3년 후에 인간 임상연구를 진행하여 2020년대에 실용화를 목표로 한다.
지케이 의대 요코오 류우(横尾隆)교수는 "향후 장기이식을 대체하는 치료법을 마련하고 싶다."라고 말했다.

다만 돼지의 세포를 체내에 넣는 것으로 인해 예상치 못한 문제가 발생할 우려가 있기에 신중한 연구를 요구하는 의견도 있다.

연구는
1. 인공 투석을 하고 있는 신부전 환자 본인이나 다른 사람의 iPS 세포에서 신장의 근원이 되는 세포를 만든다.
2. 1의 세포를 돼지 태아의 신장조직에 주입하여 "신장의 씨앗'을 제작
3. 2의 결과물을 환자의 복부에 이식한다.

몇 주만에 성장하고 소변을 만들어내는 등 신장으로서의 역할을 발휘할 것으로 예상되며 이 단계에서 환자의 요관과 연결한다. 팀은 이 방법으로 환자의 투석 횟수를 줄이는 것을 목표로 하고 있다.

신장 요관이나 사구체 등 복잡한 구조를 가지고 있기 때문에 iPS세포에서 만드는 것은 난이도가 높다고 생각되어 왔지만 연구팀은 같은 방법으로 쥐의 신장을 만드는 데 성공하였다.

연구는 돼지의 세포가 환자의 체내에 주입되기에 돼지 특유의 병원체에 감염되거나 거부 반응이 일어날 가능성이 있다.
따라서 무균 환경에서 키운 특별한 돼지를 사용하며 동시에 거부반응을 억제하는 면역 억제제를 사용한다. 또한 이식 후 약물로 조속히 돼지로부터의 세포를 사멸시키는 것으로 연구를 진행하고 있다.
만성 신부전이 진행되면 체내의 노폐물이 배출할 수 있는 신장이식 또는 투석치료가 필요하다. 신장이식 건수는 제한되어 있으며, 일본 국내에서는 약 33만 명이 투석을 받고 있다.

원본 : https://www.nikkei.com/article/DGXMZO43425460W9A400C1000000/
(유도만능 줄기세포)

2018. 8.31

국립대학법인 구마모토 대학
국립연구개발법인 일본의료 연구개발기구

중요점

  • 신장의 여과막을 구성하는 네프린의 변이를 가진 선천선 신증후군 환자의 피부에서 iPS세포를 확보
  • 환자로부터 얻어낸 iPS세포에서 유도한 신장조직에서 네프린의 세포표면으로의 이행과 여과막의 형성에 문제가 일어나는것을 관찰할 수 있었다. 즉, 선천선 신장질환의 초기병태를 iPS세포로 재현하는것에 성공
  • 이 문제는 네프린의 변이를 수복함에 따라 정상화되었다. 따라서 이 변이가 질환을 일으키는 원인이며 변이를 치료함으로서 원인이 되는 질병의 치료 가능성을 시사했다.

요지

쿠마모토 대학 연구소의 西中村隆一教 (니시나카무라 류이치) 교수의 연구그룹은 선천성 신장질환환자의 iPS세포에서 신장조직을 유도함으로서 병태의 재현에 성공했습니다.

신장은 혈액중의 노폐물을 여과하여 배출하는 장기로 여과로 인해 혈액중의 단백질은 소변으로 새어나오지 않게됩니다.(그림1). 이를 관장하는 것이 사구체의 포도사이트 (podocyte: 사구체상피세포)에 존재하는 여과막 (슬릿막)으로 네프린이라는 물질이 주요 구성요소입니다. 때문에 네프린에 유전자 변이가 일어나면 혈액중의 단백질이 소변으로 대량 배출되어 선천성 네프로제 증후군을 일으키게됩니다. 근본적인 치료는 곤란하며 여과막을 인공적으로 재현하는 방법이 전무하여 연구진행이 어려웠습니다.

니시나카무라 류이치 교수의 연구그룹은 2014년 사람의 iPS세포로부터 신장조직을 시험관내에서 유도하는것에 성공하였습니다. 더욱이 2016년에는 iPS세포로부터 유도한 사구체 포도사이트가 네프린을 발현한것과 유도중 마우스 이식을 하면 포도사이트가 더욱 성숙해지는것을 증명하였습니다. 그렇기에 이번 谷川俊祐(타니가와 슌스케) 조교, Mazharul Islam (마지할) 대학원생과 함께 이 방법을 선천성 신장병의 환자에게 얻어낸 iPS세포에 응용하였습니다.

 

우선 네프린에 1곳만 변이를 가진 선천성 신증후군 환자의 피부에서 iPS세포를 채취했습니다.(그림 2참조).

그리고 시험관내에서 신장조직을 유도한 결과 본래 사구체 포도사이트의 표면에 존재하게될 네프린이 세포내에 머물뿐 여과막의 전구체(여과막이 생성되기 전의 구성단계)를 거의 만들어 내지 못했음을 알 수 있었습니다. (그림 3 A참조).

유도 도중에 마우스에 이식하면 포도사이트의 성숙이 진행되고, 네프린이 혈관으로 이동하게 되는데 환자에게서 채취한 조직으로는 해당 현상에도 장애가 발견되었습니다.(그림 3 B참조).

즉, 이 선천성 신장질환의 초기 병태를 iPS세포에 의해서 재현한 것이 됩니다.또한 환자에게서 얻어낸 iPS세포로 네프린 변이를 복원하고 신장 조직으로 유도한 결과 상기의 이상은 정상화되었습니다.(그림 4참조).

즉 이 단 1개의 변이가 병을 일으키는 원인이며, 이 변이를 복원함에 의해 치료 가능성을 나타냈습니다.

 

본 연구는 환자의 iPS세포를 사용하여 사구체성 신장질환의 병태를 재현한 첫 사례이며 질환의 원인 해명과 신약 개발 개발로 이어질 것으로 기대됩니다. 본 연구 성과는 미국 과학 잡지"Stem Cell Reports"온라인 판에 8월 30일 11:00(미국 동부 시간)(일본 시간 8월 31일 0:00 AM]에 게재됩니다.

 

#본 연구는 구마모토 대학의 江良択実 (에라 타쿠미) 교수와 仲里仁史 (나카자토 히토시)교수, 쥰텐도 대학의 栗原秀剛准(쿠리하라 히데마사) 준교수, 류큐 대학의 中西浩一(나카니시 고이치) 교수, 히로시마 대학의 山本卓教 (야마모토 스구루) 교수의 공동 연구입니다. 문부 과학성 과학 연구 보조금, 일본 의료연구개발기구의 재생의료실현거점 네트워크 프로그램 "질환 특이적 iPS세포를 이용한 유전성 신장질환의 병태 해명" 및 재생의료 실용화 연구사업" 외래인자 개입이 없는 난치병 유래의 iPS세포의 도서관 구축과 그것을 사용한 질환모델과 약제개발"의 지원을 받았습니다.

 

연구의 배경

신부전에 의한 인공투석 환자의 수는 증가 추세로 의료비 증대의 원인이 되고 있지만 신장이식의 기회는 한정되어 있습니다. 한편 신장을 만들어내는것은 매우 어렵지만 쿠마모토 대학 발생의학 연구소의 연구 그룹은 2014년에 인간 iPS세포로부터 시험관내에서 신장 조직의 제작에 성공했습니다. 이는 세계 최초이며 동시에 신장 재생의료의 새로운 문을 열게된 성과였습니다. 또한 2016년에는 iPS세포에서 유도한 사구체의 포도사이트에서 네프린을 강하게 발현하고 있는 것과 포도사이트에 대한 유도의 도중에 마우스에 이식함으로서 인간의 사구체가 마우스의 혈관과 연결되어 포도사이트의 성숙이 진행되는 것을 알아내었습니다. 때문에 이번에는 상기 기술을 환자에게서 유래한 iPS세포에 응용하기로 했습니다.

선천성 신증후군은 생후 3개월내에 대량의 단백뇨를 배출하며 혈액중의 단백질의 저하에 의해 전신부종과 함께 2-3년내에 신부전이 진행되는 경우가 많은 질병입니다.

이 원인의 하나로 네프린 이상이 있습니다.

네프 린은 사구체 포도사이트의 세포 표면에 존재하는 물질로 인접세포 네프린끼리 맞붙어 그물 구조를 형성합니다. 이를 여과막 (정식으로는 슬릿막)이라고 부릅니다만 그물의 구멍이 매우 작기 때문에 혈액중 입자가 큰 단백질은 소변으로 새지 않도록 되어 있습니다 (그림 1참조). 그렇기에 네프린이 결손되는 경우나 단 하나의 아미노산 배열에 이상이 생겨도 여과막의 형성이 불완전하게 되고 결과적으로 단백뇨를 배출하게 된다고 생각되어집니다. 그러나 출산직후 이미 대량의 단백뇨를 배출하기에 이 질병이 태아기의 언제부터 어떻게 발병하는지는 확실히 알 수 없습니다. 또한 인간의 유전자 배열에는 많은 개인 차이가 존재하고 네프린도 예외는 아닙니다. 때문에 환자의 네프린 배열을 해독하고 몇가지의 차이를 발견해도 그 차이가 질병을 일으키는 진짜 원인인지 그리고 그 변이가 어떤 메커니즘으로 병을 일으키는지를 트래킹하기는 어렵습니다. 배양 세포나 마우스를 사용한 연구는 오랫동안 이루어지고 있지만 여과막을 인공적으로 만들어내는 방법이 존재하지않음으로서 연구진전의 걸림돌이 되고 있었습니다. 그래서 이번에는 네프린의 하나의 아미노산에서 변이를 가진 환자으로부터 iPS세포를 채취하여 발병초기의 용태를 재현 혹은 어떤 메커니즘으로 이루어지는지 그 변이가 정말 병의 원인인지, 그렇다면 그 변이의 복원에 의해서 증상이 소실되는지를 검토했습니다.

연구의 내용

우선 선천성 신증후군 환자들중 네프린에 변이를 가진 유전자를 찾는 방법을 알아냈습니다. 유전자 서열 분석결과 1곳만 변이가 있으며 이 때문에 아미노산이 1개만 정상과는 다르다는 것을 알아내어 이 환자의 피부세포를 채취하여 iPS세포를 확보했습니다. (그림 2참조).

환자에서 유래한 iPS세포와 정상 iPS세포를 시험관내에서 약 1개월에 걸쳐서 신장조직을 유도했습니다. 정상적인 신장 조직에서는 사구체 포도사이트의 세포 표면에 네프린이 존재하는 세포와 세포사이에 네프린이 집적된 거름막 전구체로 여겨지는 그물상의 구조가 확인되었습니다. 그러나 환자에서 유래한 iPS세포의 신장 조직에서는 네프린은 세포안에 머물고 거름막 전구체도 거의 형성되지 않았습니다.(그림 3 A참조).

iPS세포에서 유도 도중 마우스에 이식하면 정상적으로 네프린이 포도사이트의 혈관에 모여서 선형구조를 구성하게 됩니다 (그림 3 B). 그리고 포도사이트의 세포 돌기가 복잡해지고, 돌기와 돌기의 간격이 펼쳐집니다. 이것이 여과막의 형성 과정을 나타내고 있다고 보여집니다만 환자에서 유래한 것이 네프린은 여전히 세포내에서 진행되지않았습니다. 돌기는 생성되었지만 돌기와 돌기의 간격은 좁고 거름막의 형성은 이루어지지 않았습니다. 따라서 선천성 신증후군 환자의 발병 초기의 용태를 iPS세포를 이용하여 확인할 수 있었습니다.

 뿐만아니라 게놈 편집 기술을 사용하여 환자 iPS세포의 네프린의 변이를 복원하여 신장 조직에 유도한 결과 여과막의  전구체가 부활했습니다(그림 4참조). 또한 마우스에게 이식하면 포도사이트의 돌기의 간격이 생성되며 여과막이 형성되고 있음을 알았습니다. 즉, 이 단 1개의 변이가 병을 일으키는 원인임이 증명되었으며 동시에 이를 복구하는 치료의 가능성도 제시된 연구결과입니다. 본 연구는 환자에게 얻어낸 iPS세포를 사용하고 사구체성 신장병의 병태를 재현한 최초의 예입니다.

앞으로의 전개

선천성 신 증후군의 뱅태가 재현함으로서 이 포도사이트을 사용하여 치료약을 만들어낼 수 있는 가능성이 있습니다. 또 다른 타입의 변이 환자에게 iPS세포를 만들면 각각 병의 메커니즘이 밝혀지면서 그것에 맞는 신약을 만들어낼 수 있는 가능성도 있습니다.

선천성 신증후군은 드문 병이지만 이번 성과의 대상은 선천선 신증후군에만 한정되지 않습니다. 소아기의 신증후군은 물론 성인 신장병이 발병하는 경우도 단백뇨에서 시작하는 것이 많기에 여과막 즉 네프린에 어떤 장애가 생겼을 가능성이 지적되고 있습니다. 네프린의 상태를 제어하는 약이 만들어지면 신장병에 폭넓은 효과를 기대할 수 있는 가능성도 있습니다. 따라서 이번 성과는 포도사이트에 작용하고 단백뇨를 줄이는 신약의 개발을 위한 커다란 전진이라고 할 수 있습니다.

 

참고그림


그림1.사구체의 포도사이트 여과막
A:사구체의 구조
B:포도사이트의 확대사진. 다수의 돌기를 가지고 있음
C:포도사이트의 돌기사이에 존재하는 여과막의 구조도. 여과막의 주성분인 네프린이 그물형태를 구성함
그림2.환자에게 얻어낸 iPS세포로 유도된 포도사이트의 이상(간략화)

iPS세포로부터 신장전단계의 세포 (발현전의 세포)를 유도하여 시험관내 혹은 이식을 통해 약 1개월(13일+20일)동안 신장조직을 유도

 


그림 3.환자로부터 얻어낸 포도사이트에서는 여과막 전단계의 구성이 제대로 이루어지지 않고 있다.
A:시험관애에서 유도한 사구체와 포도사이트
B:마우스 이식후의 포도사이트
정상적인 포도사이트 측면과 바닥에 존재하는 여과 전구체 (화살표) 가 환자로부터 얻어낸 세포로부터는 거의 확인되지 않는다. 스케일:10μm
그림4.이변의 수복으로 인해 회복된 여과망 전구체

A:시험관내에서 유도한 사구체와 포도사이트
B:마우스 이식후 포도사이트
이변을 수복한 iPS세포에서 발현한 사구체에서는 포도사이트의 측면, 바닥의 여과 전구체 (화살표) 가 회복되어있다. 스케일:10μm

용어해설

iPS세포:
피부나 혈액 등의 체세포에서 만들어진 만능세포
사구체:
신장내에서 혈액을 바탕으로 소변을 만들어내는 부위
포도사이트:
사구체의 여과기능을 담당하는 세포. 복수의 돌기와 특수한 여과막을 가지고 있음
네프린:
포토사이트의 여과막을 구성하는 주요 단백질
신증후군 (네프로제):
사구체의 이상으로 인해 혈액중의 단백질이 소변에 섞여 배출되는 질병.
선천적인 경우 생후 3개월이내에 대량의 단백뇨 등의 소변이상소견을 보이며 혈액중의 단백질 저하로 인해 전신부종을 일으킴. 2-3년이내에 신부전에 다다를 가능성이 높음. 네프린의 이상에 의해 선천적 신증후군은 핀란드에서 특히 빈도가 높음 (8,200명중 1명)

논문

Organoids from nephrotic disease-derived iPSCs identify impaired NEPHRIN localization and slit diaphragm formation in kidney podocytes
Stem Cell Reports on line  Aug 30, 2018

Shunsuke Tanigawa, Mazharul Islam, Sazia Sharmin, Hidekazu Naganuma, Yasuhiro Yoshimura, Fahim Haque, Takumi Era, Hitoshi Nakazato, Koichi Nakanishi, Tetsushi Sakuma, Takashi Yamamoto, Hidetake Kurihara, Atsuhiro Taguchi, and Ryuichi Nishinakamura

연구에 대한 문의처

쿠마모토 대학 발생학연구소 신장발생분야
교수 西中村 隆一(니시나카무라 류이치)
전화:096-373-6615
E-mail:ryuichi"AT"kumamoto-u.ac.jp

AMED사업에 관한 문의처

국립연구개발법인 일본의료연구개발기구(AMED)
전략추진부 재생의학연구과
전화:03-6870-2220 FAX:03-6870-2242
E-mail:saisei"AT"amed.go.jp

※E-mail은 상기의 어드레스에서 “AT”을 @에 변환해서 사용해주세요.

 

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