작은 설치류가 인간의 더 나은 치유를 도울 수 있는 방법

절단된 척수를 재생하고 흉터 없이 다른 심각한 부상을 치료할 수 있는 포유동물은 거의 없지만 아프리카의 작은 설치류는 의료 혁명의 열쇠를 쥐고 있을 수 있습니다. 경험 많은 과학자인 Monica Sousa는 자신의 눈을 거의 믿을 수 없었습니다. 그녀 앞의 실험실 벤치에 있는 작은 플라스틱 우리 안에는 몇 주 전에 반쯤 마비된 쥐가 있었는데, 그 쥐의 뒷다리는 어디로 가든지 끌고 가고 있었습니다.

이제 부상 이후 통증 완화 외에는 아무 것도 얻지 못했음에도 불구하고 이리저리 뛰어다니고 곡예까지 뛰었습니다 .

이에 대한 실질적인 전례는 없었다. 작은 설치류에서 인간에 이르기까지 포유류는 대개 심각한 척수나 기타 중추신경계 손상에서 회복되지 않습니다. 다만, 아프리카 가시쥐의 경우인 것 같습니다.

최근 몇 년 동안 과학자들은 케냐, 소말리아, 탄자니아를 포함한 아프리카 국가의 건조한 서식지에서 발견되는 이 생물이 재생을 위한 특별한 재능을 가지고 있음을 발견했습니다. 피부, 심장, 신장 및 척수의 치명적인 부상을 극복할 수 있습니다.

2012년 가시쥐 가 손상된 피부의 넓은 영역을 재생할 수 있다는 것을 발견 한 미국의 과학자들을 포함하여 아무도 이것을 예상하지 못했습니다.

"우리는 모두 완전히 놀랐습니다." 포르투갈 포르투 대학의 신경 재생 전문가인 Sousa는 올해 초 발표된 연구에서 그녀와 동료들이 문서화한 척수 복구 능력에 대해 마우스의 놀라운 능력을 언급하면서 말했습니다. 쥐는 몇 주 만에 마비에서 회복되었습니다.

아프리카 가시쥐는 신체의 중요한 부분을 재생할 수 있는 것으로 알려진 포유류가 아닌 종의 특별 목록에 합류했습니다. 재생은 손실된 조직을 거의 비슷하게 대체하여 과도한 흉터를 방지하여 해당 신체 부위가 이전과 같이 기능할 수 있도록 하는 특정 형태의 상처 치유 입니다. 예를 들어, Axolotls, flatworms, zebrafish 및 일부 해파리는 상대적으로 크고 복잡한 신체 부분을 재생할 수 있습니다. 2020년에 발표된 연구에 따르면 새로 부화한 악어는 잘린 꼬리를 다시 자랄 수 있습니다 . 그러나 이 동물들 중 어느 것도 유전적으로 말해서 아프리카 가시쥐만큼 우리와 밀접하게 관련되어 있지 않습니다.

멕시코에서 발견되는 도롱뇽의 일종인 Axolotl은 팔다리 전체를 재생시키는 놀라운 치유력을 가지고 있습니다(Credit: Paul Starosta/Getty Images)

많은 연구자들은 이 동물들이 의학에 혁명을 일으키고 삶을 변화시키는 외상과 퇴행성 질환의 치료로 이어질 수 있는 생물학적 비밀을 가지고 있을 수 있다고 주장합니다. 여기에는 하나 이상의 성배가 있을 수 있습니다. 그러나 보장은 없습니다. 그리고 과학자들은 동물이 어떻게 반응하는지 알아내기 위해 고의적으로 상처를 입혀야 하기 때문에 이 동물을 연구하는 것은 윤리적인 고려 사항을 제기합니다. 이 동물들 중 일부에 대한 수십 년의 연구 끝에 우리는 우리 몸의 주요 부분을 재생하는 방법을 찾는 데 훨씬 더 가까워지지 않을 수 있습니다.

이것은 우리가 아프리카 가시쥐의 놀라운 재생 능력을 발견한 방법과 그것이 결국 쇠약해진 상태로 고통받는 수백만 명의 사람들을 도울 수 있는지에 대한 이야기입니다.

2011년이었고 플로리다 대학에서 일했지만 지금은 켄터키 대학에 재직 중인 Ashley Seifert는 플로리다의 은퇴한 수의사 정원에 서 있었습니다. 문제의 수의사 Elliott Jacobson은 애완용 뱀으로 가득 찬 별채를 소유하고 있었습니다. 그러나 Seifert는 뱀에 관심이 없었습니다. 그는 Jacobson이 또한 아프리카 가시 쥐의 작은 식민지를 소유하고 있다는 정보를 가지고 있었습니다. 이 동물들은 미국에서 애완용으로 팔렸지만 잡기가 어려울 수 있습니다. Jacobson은 1990년대에 피닉스 동물원의 누군가로부터 가시 생쥐를 얻었고 그 이후로 계속 길러왔습니다. 그는 그 중 40개를 가지고 있었고 기쁘게 그것들 모두를 Seifert에게 주었습니다. 이 동물들은 이후로 Seifert가 연구해온 연구 식민지의 기초를 형성했습니다.

하지만 당시 Seifert는 임무를 수행 중이었습니다. 그는 동료가 대화에서 우연히 동물에 대해 언급한 후 아프리카 가시 쥐가 놀라운 능력을 가지고 있다는 것을 이미 깨달았습니다. 때때로 매우 갑자기 피부가 벗겨지는 아프리카의 이상한 종의 쥐에 대한 학술지에서 보고가 있었습니다 . Seifert는 그러한 일을 할 수 있는 쥐가 인상적인 상처 치유 능력을 가질 수 있는지 궁금했습니다.

동물과의 첫 만남은 케냐에서 연구 여행에서 일부를 가까스로 잡았습니다. 이전에 아무 것도 만진 적이 없었기 때문에, 그는 적당히 부드러운 그립으로도 튼튼하고 가시가 있는 털로 덮인 그들의 피부가 떨어져 나간다는 것을 곧 알게 되었습니다.

나는 현미경을 통해보고 새로운 머리카락이 자라는 것을보고 정말 충격을 받았습니다 - Ashley Seifert

그들이 이에 어떻게 반응했는지 관찰하고 통제된 실험에서 귀 피부에 작은 구멍을 냈을 때 어떻게 회복했는지 관찰함으로써 그는 놀라운 사실을 깨달았습니다. 아프리카 가시 쥐가 이와 같은 부상에서 기력으로 돌아오는 것입니다. 귀에 난 상처는 상처를 치료하기 위해 흉터 조직의 패치를 형성함으로써 치유되는 것이 아니라, 대신 새로운 조직이 모낭, 체지방 및 연골로 완성되었습니다. 단지 근육층이 부족했을 뿐입니다.

실험실에서 분석을 위해 생쥐에서 피부 샘플을 회수한 Seifert는 "현미경을 통해 보니 새로운 모발이 다시 자라는 것을 보고 정말 놀랐습니다."라고 회상합니다. 같은 연구에서 Seifert와 동료들은 또한 아프리카 가시 쥐의 피부가 비정상적으로 약하다는 것을 발견했습니다. 그들은 mus 속의 일반 쥐가 20배 더 강한 피부를 가지고 있다고 계산했습니다. 팀 은 2012년에 이 작업의 결과를 발표했습니다 .

생쥐의 재생 능력을 흘끗 보았던 Seifert는 그것을 더 연구할 계획을 세웠고 플로리다의 Jacobson에서 얻은 연구 식민지를 사용하여 곧 그렇게 할 수 있었습니다.

Seifert의 발견 이후 약 10년 동안 소수의 다른 연구자들이 아프리카 가시 쥐에 관심을 갖게 되었습니다. 예를 들어, 작년에 발표된 잘 알려진 논문 에서는 설치류가 다른 종의 마우스에서 완전한 장기 부전으로 이어질 수 있는 심각한 신장 손상에서 어떻게 회복할 수 있는지 설명했습니다.

과학자들은 가시 쥐 가 잡아먹으려는 포식자에게서 벗어나기 위해 피부를 흘리도록 진화했다고 가정합니다. 그러나 재생이 야생에서 도움이 되는 다른 이유가 있을 수 있습니다. 예를 들어 많은 수의 기생충을 견딜 수 있을 것입니다. 이유가 무엇이든 간에, 소수의 포유류가 이 능력에 가까이 왔을 때 그들이 이 능력을 진화시킨 것으로 보인다는 것은 놀랍습니다. 그러나 아직 발표되지 않은 연구에서 Seifert는 최근 밀접하게 관련된 유형의 마우스인 브러시 모피 마우스도 유사한 재생 능력을 갖는 것으로 보인다는 것을 발견했습니다.

가시쥐와 같은 동물에 대한 연구가 환자의 치유력을 향상시킬 수 있는 새로운 의학적 치료법으로 이어질 수 있기를 바랍니다(Credit: Alamy)

2012년부터 수많은 과학자들이 Seifert의 연구를 기반으로 했습니다. 그들의 결과는 계속해서 그를 놀라게 합니다. Sousa와 그녀의 동료들이 척수 재생에 관한 논문은 특히 놀랐다고 그는 설명합니다. 그 이유는 연구자들이 실험에서 약 10마리의 아프리카 가시 쥐의 척수를 완전히 절단했기 때문입니다. 3마리를 제외하고 모두 완전한 이동성을 회복하는 것으로 관찰되었으며 쥐는 척수가 두 번째로 절단되거나 절개된 후에도 이를 수행했습니다.

Seifert는 "그들이 완전한 절개를 하고 그런 종류의 회복을 얻었다는 것을 믿을 수 없었기 때문에 턱이 떨어졌습니다."라고 말합니다.

척추와 그 주변의 손상을 치유하기가 더 어려울 수 있는 야생의 척추 부상보다 수술 절차의 깨끗한 절단이 회복하기 더 쉬웠을 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 그러나 쥐의 신경 세포를 연결하는 케이블인 축삭이 재생되는 것처럼 보였다는 사실은 여전히 ​​인상적입니다.

Sousa는 Seifert와 마찬가지로 순전히 우연히 가시 쥐에 대해 들었습니다. 포르투 대학의 동료 연구원은 우연히 그들의 재생 능력을 설명했고 포르투갈의 남쪽 해안에서 약 550km(341마일) 떨어진 알가르베 대학에 생쥐 군체가 있다고 언급했습니다. Sousa는 조사를 위해 몇몇 학생을 보냈습니다.

허락을 받아 생쥐의 척수에 불완전한 절개를 가했지만 나중에 다시 확인을 하러 갔을 때 조직이 너무 잘 재생되었기 때문에 어느 생쥐가 다쳤는지 거의 알 수 없었습니다.

여기에 설명된 실험은 분명히 매우 침습적이며 일부는 이러한 종류의 연구 윤리에 의문을 제기합니다. 특히 Sousa의 연구에서 가시가 없는 쥐는 동일한 척수 손상에서 회복되지 않았습니다.

포르투갈이나 미국과 같은 국가의 과학자들이 이와 같은 실험을 할 때는 윤리위원회의 엄격한 승인을 받아야 합니다. Sousa는 모든 생쥐가 통증 완화를 받았고 모든 단계에서 전반적인 웰빙을 고려했다고 강조합니다.

과학자들은 여전히 ​​다양한 종의 재생 이면에 있는 세포 메커니즘을 확인하려고 노력하고 있습니다. 그러나 우리는 몇 가지 중요한 통찰력을 얻었습니다.

"때때로 사람들은 과학자들이 단지 원하기 때문에 동물을 사용한다고 생각합니다. 그것은 사실이 아닙니다."라고 그녀는 설명합니다. "이 특별한 경우에, 척수의 복잡성은 세포 배양이나 다른 모델에 의해 아직 재현될 수 없습니다."

그러나 가능하다면 이 연구에서 살아있는 가시 쥐를 실험한 연구원들은 살아있는 동물을 사용하는 대신 실험에 사용할 세포 배양물을 개발하기를 희망한다고 말합니다.

과학자들이 이와 같은 절차를 수행하는 것에 대해 종종 정당화하는 한 가지는 그러한 작업이 수백만 명의 사람들의 삶을 변화시키는 약물이나 기타 치료법으로 이어질 수 있다는 것입니다. 그러나 그것이 확실히 일어날 것인지 여부는 처음부터 명확하지 않으므로 동물에서 재생에 대한 연구가 의학 발전을 촉발할 수 있는 방법을 나타내는 선례가 있는지 여부를 고려해 볼 가치가 있습니다.

이 분야의 대부분의 작업은 분명히 매우 젊습니다. 과학자들은 여전히 ​​다양한 종의 재생 이면에 있는 세포 메커니즘을 확인하려고 노력하고 있습니다. 그러나 우리는 몇 가지 중요한 통찰력을 얻었습니다. 예를 들어 레티노이드를 복용하십시오. 이들은 레티놀 및 레티노산과 같은 물질로 인간을 포함한 동물이 비타민 A의 도움으로 만드는 것입니다. 레티노이드는 특정 동물이 정말 흥미로운 일을 하도록 돕는 것으로 보입니다.

예를 들어, 내장을 재생할 수 있는 해삼을 봅시다. 2019년 연구 에 따르면 레티노산이 이 복잡한 과정에 관여하는 것으로 나타났습니다. 그것은 또한 제브라피쉬가 지느러미를 다시 자라게 하는 데 도움 이 되는 것으로 보입니다 .

레티노이드는 실제로 수십 년 동안 연구되어 왔으며 건선을 비롯한 다양한 피부 상태에 대한 의학적 치료에 사용됩니다. 많은 과학자들은 특히 일부 동물에서 레티노이드의 재생 역할을 고려할 때 레티노이드에 대해 아직 배울 것이 많다고 주장합니다.

그런 다음 1형 당뇨병 환자의 면역 체계에 의해 공격을 받아 적절한 양의 인슐린을 생산할 수 없는 췌장 섬 세포가 있습니다. 지난 10~20년 동안 의사들은 사망한 기증자의 섬 세포를 제1형 당뇨병 환자에게 이식하는 데 어느 정도 성공했습니다. 그러나  (가시가 없는) 생쥐에 대한 연구는  의사가 언젠가는 췌장의 과정을 자극하여 췌장  이 대신 이 세포를 재생 하도록 장려할 수 있음을 암시합니다  . 그러나 생쥐에서 성공적으로 입증된 접근 방식이 실제로 인간에서 의도한 대로 작동할지 여부는 명확하지 않습니다.

아프리카 가시쥐의 특정 종은 탈출 메커니즘으로 피부를 흘리지만 장기와 척수의 다른 부상을 치료할 수도 있습니다(제공: Ashley Seifert)

재생 능력이 있는 동물이 의학 연구에 도움이 되는 다른 방법이 있습니다. 2019년에 발표된 논문에 따르면 가시 쥐처럼 척수를 재생할 수 있는 Zebrafish 유충은 척수 손상을 치료하도록 설계된 약물을 테스트하는 데 사용될 수 있습니다 .

막스 플랑크 심장 및 폐 연구소의 Johnny Kim은 "놀라울 정도로 잘 재생될 수 있는 유기체가 있습니다. 동물이 이것을 할 수 있다는 사실이 정말 놀랍습니다."라고 말했습니다.

그럼에도 불구하고 그는 자신의 연구의 초점인 심장 질환에 대한 의학적 치료법에 대해 아직까지 동물의 재생 메커니즘 연구에서 직접적으로 파생된 사례를 알지 못한다고 말했습니다.

"이에 대한 나의 개인적인 견해는 자연 과학자로서, 기초 과학자로서 다른 유기체에서 자연과 생물학의 기초를 이해하는 것이 매우 중요하다는 것입니다. 이것이 의학의 중요한 발전으로 이어지는지 여부는 " 두 번째 질문".

영국왕립동물학대방지학회(Royal Society for the Prevention of Cruelty to Animals)의 동물과학부장인 페니 호킨스(Penny Hawkins)는 특정 가시쥐 실험의 침입성뿐만 아니라 궁극적으로 의학을 변형시킬 수 있는 가능성에 주목했습니다. 기금 기관과 연구 기관은 동물에 대한 피해를 최소화하기 위해 그러한 연구의 진정한 영향을 신중하게 평가해야 한다고 그녀는 주장합니다.

"때때로 이와 같은 연구가 수십 년 동안 진행되는 것을 볼 수 있습니다."라고 호킨스는 말합니다. "이것은 윤리적인 문제입니다. 어느 시점에서 이것이 실제로 우리를 아무데도 데려가지 못할 것이라고 결정합니까?"

웨일스 대학 병원의 집중 치료 의사인 Matt Morgan은 과학자들이 동물에 대한 침습적 실험을 수행하는 것에 대한 정당성을 검토해야 한다고 주장합니다. 일반적으로 대안, 세포 배양 또는 시뮬레이션을 사용할 수 있는 곳이면 어디에서나 항상 바람직하다고 그는 말합니다. 그러나 그는 의학에 혁명을 일으키기 위해 자연의 과정을 탐구해야 할 충분한 이유가 있다고 덧붙입니다.

문제는 가시 쥐가 다른 흉터 속성을 갖는 이유와 새로운 혈관을 만드는 이유입니다 – Kerstin Bartscherer

"우리는 미래의 획기적인 혁신을 바라보아야 합니다. 신에 의해 Covid는 우리에게 그것을 보여주었습니다."라고 그는 수십 년간의 기초 연구를 바탕으로 개발된 mRNA 백신의 성공을 언급했습니다.

Kim은 지금까지 아프리카 가시 쥐를 사용하여 수행된 일부 연구를 칭찬합니다. 설치류 가 심장마비 후 심장 조직의 일부를 재생할 수 있다는 작년에 발표된 한 논문 에 대해 그는 "작업의 질이 뛰어납니다"라고 말합니다.

해당 연구는 네덜란드 위트레흐트에 있는 Hubrecht 발달 생물학 및 줄기 세포 연구 연구소의 Kerstin Bartscherer와 동료들이 수행했습니다. 그들은 수술을 통해 쥐의 동맥을 인공적으로 막았습니다. 다시 말하지만, 모든 동물은 통증 완화를 받았고 주의 깊게 모니터링되었습니다. 폐색은 아프리카 가시 생쥐와 mus 속 생쥐에서 심장 마비와 흉터 조직 형성으로 이어졌습니다. 그러나 아프리카 가시 쥐는 심장의 펌핑 활동 감소를 나타내었지만 시간이 지남에 따라 나아진 반면 mus 속 쥐는 악화되었습니다.

이 아프리카 가시 쥐의 심장을 조사한 결과, 연구자들은 장기가 진정으로 재생되지는 않았지만 심장의 흉터 조직에는 혈액으로 채워진 큰 혈관이 포함되어 있음을 발견했습니다. 그런 에피소드. 이것은 생쥐의 회복의 핵심 부분인 것으로 나타났습니다. Bartscherer는 동물들이 평소처럼 인클로저에서 뛰어다니고 백플립을 하는 등 꽤 건강해 보였습니다.

"문제는 가시 쥐가 다른 흉터 속성을 갖는 이유와 새로운 혈관을 만드는 이유입니다. 우리는 왜 그런지 전혀 모릅니다."라고 덧붙였습니다.

가시가 있는 쥐를 연구하는 과학자들은 이제 그들의 신체에서 어떤 메커니즘이 이 모든 다양한 조직을 성공적으로 복구하거나 재생하도록 허용하는지 알아내기를 열망하고 있습니다. 플로리다 대학(University of Florida)의 Chelsey Simmons와 같은 연구원의 연구 에 따르면 이 쥐의 면역 체계는 심각한 부상 후 염증의 분출을 완화하거나 억제할 수 있다는 점에서 우리의 면역 체계와 약간 다르게 작동합니다. 조직이 다시 자라도록 하는 데 도움이 될 수 있습니다.

Simmons는 가시가 있는 생쥐가 상처를 엄청나게 빨리 치유하는 것처럼 보이기 때문에 흉터 조직을 많이 또는 전혀 형성하지 않고 오히려 신체의 일부를 재생한다고 지적합니다. Simmons와 Seifert는 대식세포가 역할을 한다고 제안하지만 정확히 무엇이 이것을 가능하게 하는지는 불분명합니다. 이들은 신체의 박테리아를 삼키는 세포이며 손상된 조직에 대한 면역 반응을 조절하는 데도 도움이 됩니다.

별 것 아닌 것 같지만 해삼은 내장을 재생해야 합니다. (Credit: Mahmut Serdar Alakus/Getty Image)

인간 및 다른 많은 동물과 달리 아프리카 가시 쥐는 부상을 입었을 때 과도한 염증과 흉터 조직 형성을 일으키지 않고 상처가 치유되도록 돕는 특정 유형의 대식세포만 배치하는 것으로 보입니다.

"대식세포는 염증을 증가시킨 다음 감소시키는 주요 조정자입니다."라고 Seifert는 설명합니다. "그들은 염증 기간 동안의 이 지휘자와 같다."

하지만 여기서도 다른 많은 일이 일어날 수 있습니다. Sousa와 동료들은 예를 들어 아프리카 가시 쥐의 척수 재생에 특정 효소가 관여하는 것으로 보인다는 것을 발견했습니다. 그러나 그들은 여전히 ​​어떤 세포 또는 세포들이 그것을 발현하는지 모릅니다.

이 복잡한 퍼즐을 맞추는 것은 아프리카 가시 쥐에서 영감을 받은 인간 치료제 개발을 위한 필수적인 다음 단계입니다. 그러나 궁극적으로 성공 여부에 관계없이 연구에는 시간이 걸릴 것입니다.

동물에 대한 초기 단계 연구에 대한 언론의 과장은 종종 과학자들의 분노를 불러일으켰습니다. 노스이스턴 대학의 전 연구원이 만든 @justsaysinmice 라는 트위터 계정도 있습니다. 이 계정은 언론 기사가 잠재적인 치료법이 지금까지 사람이 아닌 쥐에게만 효과가 있는 것으로 나타났음을 분명히 하지 못하는 경우가 많다는 점을 지적하는 데 전념하고 있습니다. .

"대중이 때때로 과학의 발전이 얼마나 더딘지 이해할 준비가 되어 있는지 알기는 어렵습니다."라고 Seifert는 인정합니다.

2018년 한 리뷰 에서는 인간이 아닌 종의 재생에 대한 연구가 "많은 진전"을 이루었지만 이 연구를 기반으로 하는 의학적 치료법은 아직 멀었다고 밝혔습니다.

그러나 아프리카 가시 쥐에 대한 연구에서 영감을 받은 혁신적인 약물이나 치료법을 향한 길은 길고 불확실할 수 있지만 삶을 변화시키는 치료법을 찾을 가능성은 무시하기에는 너무 중요하다고 Simmons는 주장합니다. 그녀는 자신의 여동생이 어렸을 때 만성 질환 진단을 받았으며 Simmons 자신도 문제의 질병이 유전적이기 때문에 자신도 만성 질환에 걸렸는지 확인하기 위해 여러 차례 검사를 받았다고 설명합니다.

"그것은 8살 때 생물의학에 대한 나의 생각을 정말 색다르게 만들었습니다."라고 그녀는 말합니다.

궁극적으로 수백만 명의 생명을 구하거나 획기적으로 개선하려는 희망은 항상 강력한 희망으로 남을 것입니다.

그리고 결국 우리를 그곳으로 인도할 수 있는 길을 걷는 동안 우리는 가시쥐의 생물학에 대해 정말 놀라운 사실을 발견했습니다.

Seifert는 "이러한 서로 다른 기관이나 조직에 놀라운 반응을 부여하는 세포 수준에서 어떤 일이 일어나고 있습니다."라고 반영합니다. "매혹적이다."