In vitro evaluation of SMILE-derived decellularized human corneal stromal lenticules as scaffolds for rabbit limbal epithelial cells

눈의 표면은 빛을 모으고 내부 구조를 보호하기 위해 투명한 피부 층인 각막이라는 섬세하고 투명한 층에 의존합니다. 이 층은 정지된 상태가 아닙니다. 이는 투명한 각막이 흰자위와 만나는 가장자리에 위치한 특화된 줄기 세포 집단에 의해 관리되는 지속적인 재생 과정을 거칩니다. 부상, 감염 또는 질병으로 인해 이 줄기 세포가 손상되거나 소실되면 눈의 표면은 제대로 치유될 수 없습니다. 대신, 맑은 피부 대신 혈관과 흉터 조직이 눈을 덮게 되며, 이는 실명으로 이어집니다. 이러한 경우 시력을 회복하려면 대개 기증자의 건강한 조직을 이식해야 하지만, 적절한 일치하는 대상을 찾는 것은 어렵고 신체가 외래 조직을 거부하는 경우가 많습니다. 과학자들은 오랫동안 스캐폴드(scaffold)—세포가 올라타고 자랄 수 있는 틀—를 사용하여 대체 표면을 구축하는 방법을 연구해 왔으며, 이를 위해 안전하고 이용 가능하며 필요한 세포를 재건할 수 있도록 지원할 수 있는 재료를 찾아왔습니다.

이러한 틀을 위한 유망한 원천이 소절개 렌티큘 추출(SMILE)이라고 알려진 흔한 시력 교정 수술에서 나타났습니다. 이 절차 동안, 외과의는 환자의 각막 중심부에서 아주 작은 렌즈 모양의 조직 조각을 레이저로 절삭하여 시력을 교정합니다. 렌티큘이라 불리는 이 조직 조각은 보통 의료 폐기물로 버려집니다. 연구자들은 이 조직이 인간의 각막이기 때문에, 눈의 수복에 필요한 자연적인 구조와 투명성을 갖추고 있다는 점에 주목했습니다. 문제는 이 버려진 재료를 원래의 세포로부터 깨끗하게 세척한 후, 새로운 줄기 세포를 위한 집으로 사용할 수 있느냐는 것이었습니다. 한 연구팀은 이 아이디어를 테스트하기 위해, 버려진 이 인간 렌티큘을 가져와 원래의 세포 함량을 제거한 뒤, 토끼의 줄기 세포가 여기에 부착되어 성장을 시작할 수 있는지 확인하기 위해 실험을 진행했습니다.

과학자들은 먼저 SMILE 수술을 받은 환자들로부터 버려진 인간 렌티큘을 수집했습니다. 그들은 이 섬세한 렌즈들을 인간 세포를 모두 씻어내면서도 밑바탕이 되는 구조적 섬유는 온전히 남기도록 설계된 일련의 화학 용액으로 처리했습니다. 탈세포화(decellularization)라고 알려진 이 과정은 매우 중요한데, 인간 세포가 남아 있으면 새로운 숙주에서 면역 거부 반응을 일으킬 수 있기 때문입니다. 처리 후, 연구진은 강력한 현미경으로 렌즈를 관찰했습니다. 그들은 세척 과정이 효과적이었음을 발견했습니다. 가시적인 인간 세포와 그 핵은 제거되었지만, 각막 조직의 복잡한 층 구조는 거의 손상되지 않은 채 유지되었습니다. 각막의 강도와 투명성을 제공하는 콜라겐 섬유는 여전히 자연스러운 평행 시트 형태로 조직되어 있었으나, 섬유 사이의 공간은 마치 스캐폴드에서 불순물이 제거된 것처럼 약간 더 열려 있는 듯 보였습니다.

다음으로, 연구팀은 이 깨끗해진 틀이 새로운 생명을 지탱할 수 있는지 테스트할 준비를 했습니다. 그들은 안구 생물학 연구의 표준 모델인 토끼의 눈에서 검각(limbal) 줄기 세포를 채취했습니다. 이 세포들은 접시 안에서 증식하여 건강한 개체군을 형성할 때까지 배양되었습니다. 연구진은 그다음 이 토끼 세포들을 탈세포화된 인간 렌즈 위에 배치했습니다. 그들은 세포들이 안착하고 자랄 수 있도록 7일에서 10일 동안 두었습니다. 결과는 세포들이 이 인간 조직에 부착될 수 있음을 보여주었습니다. 세포들은 단순히 떠다니는 것이 아니라, 표면에 달라붙어 퍼지기 시작했으며, 하부 매트릭스와 접촉하기 위해 작은 돌기들을 뻗었습니다. 그러나 덮이는 범위가 완전하지는 않았습니다. 세포들은 작은 군집을 형성하고 스캐폴드와 국소적으로 접촉했지만, 렌즈 전체에 걸쳐 연속적이고 두꺼운 새로운 피부 층을 형성할 만큼 넓게 퍼지지는 못했습니다.

어떤 종류의 세포가 자라고 있는지 이해하기 위해, 연구진은 특정 마커를 찾기 위한 특수 염색법을 사용했습니다. 그들은 스캐폴드 위의 세포들이 p63이라는 단백질을 발현한다는 것을 발견했는데, 이는 줄기 세포나 전구 세포(많은 것으로 변할 잠재력이 있지만 아직 완전히 성숙하지 않은 세포)의 징후입니다. 동시에, 세포들은 각막 세포가 최종적이고 전문화된 형태로 완전히 성숙했을 때 나타나는 단백질인 CK3의 징후를 보이지 않았습니다. 이러한 패턴은 세포들이 완전히 분화된 각막 피부로 급격히 변하기보다는, 스캐폴드 위에서 젊고 적응 가능한 상태를 유지하고 있음을 시사합니다. 이는 줄기 세포 치료에 있어 긍고적인 신호인데, 목표는 종종 세포들이 조직을 계속 재생할 수 있는 상태를 유지하도록 하는 것이기 때문입니다.

본 연구는 이 버려진 인간 렌즈가 성공적으로 세척되어 검각 줄기 세포의 부착과 단기 생존을 지원하는 자연적인 스캐폴드로 사용될 수 있다고 결론짓습니다. 이 재료는 각막의 필수적인 구조를 보존하며, 그 위에 내려앉은 세포에 해를 끼치지 않는 것으로 보입니다. 그러나 연구진은 이것이 단지 첫 단계일 뿐이라는 점을 주의 깊게 명시했습니다. 세포들이 달라붙고 살아남기는 했지만, 스스로 완전하고 연속적인 조직 층을 형성하지는 못했습니다. 본 연구는 이 재료가 미래 치료를 위한 실행 가능한 후보이지만, 세포가 넓게 퍼지고 전체 표면을 덮도록 유도하기 위해 세포를 배치하는 방식과 영양을 공급하는 방식을 최적화하는 데 더 많은 작업이 필요함을 시사합니다. 이 연구 결과는 향 궤도를 마련하며, 수술 폐기물이 시력을 회복하기 위한 생명을 구하는 자원으로 변모할 수 있는 미래를 향한 기초를 제공합니다.