Derivation of primary fetal epithelial organoids from cryopreserved human amniotic fluid cells.

태아가 태어나기 전, 발달 중인 인체 내부에는 태아를 감싸며 완충 작용과 보호 역할을 하는 액체가 존재합니다. 이 양수는 단순한 물이 아닙니다. 이는 폐, 신장, 장을 포함한 발달 중인 장기에서 자연스럽게 떨어져 나온 미세한 세포들을 포함하고 있는 풍부한 '수프'와 같습니다. 장기가 어떻게 형성되는지 또는 질병이 어떻게 시작되는지를 연구하는 과학자들에게 이 세포들은 노다지와 같습니다. 이 세포들은 실험실 접시 안에서 인간 조직의 미니어처 3차원 모델인 '오가노이드(organoid)'를 배양할 수 있는 방법을 제공합니다. 이 모델들은 실제 장기처럼 작동하므로, 살아있는 태아로부터 위험한 생검을 수행할 필요 없이 약물을 테스트하거나 유전적 질환을 연구할 수 있게 해줍니다. 하지만 지금까지 이 세포들을 사용하는 것은 매우 어려웠습니다. 세포들을 즉시 처리해야 하는데, 여기에는 많은 병원, 특히 원격 지역이나 경제력이 낮은 국가들이 갖추지 못한 전문 장비와 숙련된 기술이 필요하기 때문입니다. 만약 세포들을 나중에 사용하기 위해 얼려서 보관할 수 없다면, 액체를 채취하는 순간 연구의 기회는 사라지게 됩니다.

연구진은 이러한 물류적 문제를 해결하기 위해, 이 섬세한 태아 세포들을 믿고 얼릴 수 있고 나중에 다시 살려낼 수 있는 신뢰할 수 있는 방법을 개발하고자 했습니다. 그들의 목표는 세포들이 냉동 과정을 견뎌낼 수 있는지, 그리고 여전히 연구에 필요한 복잡하고 조직 같은 구조체로 성장할 수 있는지를 확인하는 것이었습니다. 그들은 어떤 방식이 더 효과적인지 알아보기 위해 두 가지 서로 다른 접근 방식을 테스트했습니다. 첫 번째 방식은 냉동하기 전에 액체에서 살아있는 세포만을 신중하게 선별하는 것이었습니다. 두 번째 방식은 세포와 부스러기 전체 혼합물을 먼저 얼린 다음, 해동 후에 살아있는 세포들을 분류하는 것이었습니다. 또한 그들은 엄격한 의료 안전 표준을 충족하도록 설계된 다섯 가지의 상업용 냉동 용액을 테스트하며, 이를 기존의 표준 실험실 혼합물과 비교했습니다. 연구진은 냉동된 세포가 여전히 건강한 오가노이드를 형성할 수 있는지, 그 오가노이드가 신선한 세포로부터 키운 것과 동일한 형태와 기능을 보이는지, 그리고 시간이 지나도 계속해서 성장하고 분열할 수 있는지를 알고 싶었습니다.

연구 결과, 세포를 얼리는 것은 가능하지만 그 방법에 따라 결과가 크게 달라진다는 것이 밝혀졌습니다. 연구진이 냉동하기 전에 살아있는 세포를 먼저 선별했을 때 결과는 매우 뛰어났습니다. 세포들은 냉동-해동 과정을 잘 견뎌냈으며, 영양분이 풍간 젤에 배치되었을 때 신선한 세포만큼 효과적으로 오가노이드로 성장했습니다. 이 냉동-해동된 오가노이드는 신선한 세포와 동일한 모양을 형성했고, 동일한 속도로 성장했으며, 동일한 생물학적 표지를 나타냈습니다. 이들은 여러 세대를 거쳐 배양될 수 있었으며, 폐나 신장 세포와 같은 특정 조직으로 분화하고 분열하는 능력을 유지했습니다. 그러나 연구진이 선별되지 않은 혼합물을 얼린 후 나중에 살아있는 세포를 분류하려고 했을 때는 과정이 덜 효율적이었습니다. 형성된 오가노이드의 수가 적었고 성공률도 떨어졌습니다. 이는 전체 혼합물을 얼리는 과정의 스트레스와 이후 세포를 분류할 때 발생하는 기계적 스트레스가 너무 섬세한 세포들에게는 견디기 힘든 수준임을 시사합니다.

테스트된 다양한 냉동 용액 중 한 가지 상업용 용액이 가장 효과적인 것으로 나타났습니다. 이 용액은 세포들이 오가노이드를 형성하는 능력을 거의 손실하지 않고 생존하게 하여, 팀이 과거에 사용했던 표준 실험실 혼합물만큼 우수한 성능을 보여주었습니다. 이는 상업용 용액이 엄격한 의료 안전 표준을 충족해야 한다는 점을 고려할 때 매우 중요한 발견인데, 왜냐하면 이 세포들이 향에 사용되거나 병원 간에 널리 공유되기 위해서는 필수적이기 때문입니다. 연구진은 또한 냉동된 세포들이 그 정체성을 유지한다는 것을 확인했습니다. 배양된 오가노이드는 여전히 폐와 신장 조직의 특정 특성을 보여주었으며, 이는 냉동 과정이 세포의 생물학적 지침을 뒤섞지 않았음을 입증합니다. 흥고롭게도, 소장을 닮은 오가노이드는 발견되지 않았는데, 이는 샘플이 임신 후기에 채취되었기 때문에 해당 세포들을 포착할 수 있는 시기가 이미 지났기 때문이며 이는 예상된 결과였습니다.

이 연구의 함의는 실질적이고 광범위합니다. 이 태아 세포들을 잠재력을 잃지 않고 얼려서 보관할 수 있음을 증명함으로써, 연구진은 이 기술을 사용하는 데 있어 주요한 장벽을 제거했습니다. 이는 한 국가의 병원이 일상적인 절차 중에 액체를 채취하여 신뢰할 수 있는 표준화된 방법으로 세포를 얼린 뒤, 분석을 위해 다른 나라에 있는 전문 연구소로 보낼 수 있음을 의미합니다. 이는 희귀 질환의 샘플을 수집하여 전 세계 어디에서나 전문가들이 연구할 수 있는 중앙 집중식 바이오뱅크로 가는 문을 열어줍니다. 비록 이 과정이 환자에게 직접 사용되기 위한 모든 요구 사항을 충족하기 위해 여전히 추가적인 개선이 필요하지만, 이 연구는 강력한 토대를 제공합니다. 이는 세포들이 클리닉에서 실험실까지 이동하는 여정을 견딜 만큼 회복력이 있다는 것을 보여주며, 개인 맞춤형 산전 의학 및 태아 질환 모델링의 미래를 훨씬 더 접근하기 쉽게 만들어 줍니다.