체세포 핵 치환
적용 > 줄기세포 연구

체세포 핵 치환은 줄기세포 연구에 초점이 맞추어져있다. 이 과정을 수행하는 목표는 복제된 배아에서  만능성을 지닌 세포를 얻는 것으로, 이 세포들은 핵을 기증한 개체와 유전적으로 동일하다. 이러한 과정을 통해 통해 치료나 질병 연구에 사용 가능한 환자 맞춤형 만능세포를 만들 수 있다.
배아줄기세포는 배아에 존재하는 미분화된 세포이다. 이 세포들은 만능성을 지니고 있다고 간주된다, 왜냐하면, 이 세포들은 성체에서 볼 수 있는 조직으로 자랄 수 있기 때문이다. 이 능력으로 줄기세포를 다른 어떠한 종류의 세포로든지 만들 수 있으며, 이것을 통해 세포를 이식 하여 파괴되거나, 손상을 입은 세포를 대체하는데 쓰일 수 있다. 하지만, 인간의 배아를 파괴해야한다는 것 때문에 인간배아줄기세포를 사용하는데에는 논란이 있다. 줄기세포 연구를 이끌어가는 연구자들은 줄기세포를 얻을 다른 방법을 모색하고 있고, SCNT가 이 방법 중 하나이다.
줄기세포의 이용 가능성은 유전적으로 환자와 일치하기 때문에, 환자의 특정한 질환과 연관된 유전자를 가진 세포주를 만들 수 있다는 것이다. 그렇게 함으로써, 해당 질환의 병태생리나, 치료법을 발시발견 등의 연구에 유용한 생체외 모델을 만들어 낼 수 있다.
예시로, 파킨슨 병에 걸린 사람이 그/그녀의 체세포를 기증하였을 때, SCNT를 통해 만들어진 줄기세포는 파킨슨 병에 기여하는 유전자를 가지고 있을 것이며, 이 질병 맞춤형 줄기세포주로 질병의 상태를 더 잘 이해하기 위한 연구를 할 수 있다.체세포 핵 치환 줄기세포 연구의 다른 응용으로는 환자 특이 줄기세포주로 특정 환자에게 이식하기 위한 조직이나 혹은 장기를 만드는 것이다. 만들어진 세포들은 체세포 기증자와 유전적으로 동일하기 때문에, 면역 거부 반응을 피할 수 있다.
현재 오직 세계에 몇 안되는 실험실만이 인간 줄기세포 연구에서 SCNT 기술을 사용하고 있다. 미국에서는, Harvard Stem Cell Institute, University of California, Oregon Health & Science University,, Stemagen (La Jolla, CA)의 연구자들이 배아 줄기 세포를 생산하는 방법으로 SCNT 기술을 연구하고 있으며, 아마도 Advanced Cell Technology도 연구중으로 간주된다. 영국에서는, Human Fertilisation and Embryology Authority에서 Roslin Institute, Centre for Life에 허가를 내렸다. 또한, 중국에서도 SCNT 연구를 하고 있다.
2005년, 대한민국에서 황우석 교수 연구팀이 SCNT를 이용한 줄기세포를 만들었다는 논문이 나왔으나, 이 주장은 조작된 것으로 밝혀졌다. 최근 발견된 증거들로, 그가 만들어냈던 줄기세포들이 처녀생식을 통해 만들어진 것이라는 것이 밝혀졌다.
수많은 동물 복제의 성공에도 불구하고, 난자에서의 역분화 기작에 대해서는 의문점으로 남아있으며, 많은 시도에도 불구하고, 인간 핵 치환 배아줄기세포 제작의 성공은 한정적이다. 사람의 세포를 이용하여 배반포를 형성하는데에는 문제가 남아있는데, 세포들이 8세포기를 넘어서 발생하는데 실패하였다. 이것은 체세포 핵이 이후의 발달에 중요한 배아의 유전자를 발현시킬수 없었기 때문인 것으로 생각된다. 앞선 실험들은 영장류가 아닌 동물들을 이용한 방법으로 약간의 성공을 거두었다. Oregon Health & Science University의 연구팀이 영장류를 위한 SCNT 방법으로 피부세포를 줄기세포로 성공적으로 역분화하였는데, 그들의 성공의 핵심은 난자를 감수분열의 2단계에서 이용하는 것이다. 감수분열 2단계의 난자 세포는 이식된 체세포 핵을 만능성 상태로 역분화하기 위한 특별한 능력을 가진 특별한 인자들을 세포질 내부에 가지고 있다. 난자의 핵이 제거되었을 때, 세포가 유전적 정보를 잃어버리는데, 이것이 핵이 제거된 난자에서 역분화가 잘 되지 않는 원인으로 생각되었고, 중요한 배아의 유전자는 난자의 염색체와 물리적으로 연결되어있고, 핵제거는 이러한 인자들에게 부정 적인 영향을 주는 것으로 생각되었다. 다른 가능성은 난자핵의 제거 또는 체세포 핵의 삽입이 세포질에 손상을 주어서, 역분화 능력에 영향을 끼친다는 것이다. 이러한 것들을 고려해서 연구자들은 인간 SCNT 줄기 세포를 생산하는데 그들의 새로운 기술을 적용하였고, 2013년 5월, Oregon에서 태아와 신생아의 세포로 SCNT를 통해 인간 배아 줄기 세포를 만드는데 성공하였다는 보고를 하였다. 지원자로부터 얻은 감수분열 2기의 난자와 그들의 향상된 SCNT 방법으로, 인간 복제 배아가 성공적으로 만들어졌다. 하지만, 이 배아는 낮은 품질과, 내세포집단의 양이 상당히 부족하고, 영양외배엽 형성이 잘 안되었다. 이러한 불완전한 배아는 인간 배아줄기세포의 획득을 방해하였다. 난자의 핵 제거와 체세포 핵을 주입하는 과정에서 카페인을 넣어준 것이 배반포 형성과, 배아줄기세포 분리를 더 잘되게 해주었다. 배아줄기세포는 기형종을 형성할 수 있으며, pluripotent transcription factors를 발현하며, 정상적인 46XX 핵형을 보이는데, 이 SCNT 줄기세포는 배아줄기세포와 닮은 형질을 보여주고 있다. 이것이 첫번째로 SCNT를 통해 인간 체세포를 역분화하는데 성공한 사례이며, 이 연구에서는 배아와 신생아의 체세포를 배아줄기세포를 만드는데 사용하였다.
2014년 4월, 국제 연구 팀이 SCNT에 진일보를 이루었다. 남아있는 문제는 성인의 체세포를 이용하였을 때에도 성공적으로 줄기세포가 만들어지느냐였다. 후성유적학적 그리고 연령에 관계된 변화들이 성인 체세포가 역분화되는 능력을 방해한다고 생각되어 왔기 때문이다. Oregon 연구 그룹에서 수립한 방법을 이용하여, 그들은 35세와 75세의 2명의 기증자로부터 얻은 성인 세포로부터 SCNT를 통해 줄기세포를 생성해냈다. 이것은 나이가 세포의 역분화를 방해하지 않는다는 것을 보여주었다.
2014년 4월 말, 뉴욕 줄기세포 재단에서도 어른의 체세포로부터 SCNT 줄기세포를 만드는데 성공하였다. 이 줄기세포주 중 하나는 당뇨병 1형 환자에게서 기증받은 세포로 만들어진 것이다. 이 그룹은 줄기세포 배양과, 분화 유도를 성공적으로 수행하였다. 쥐에 세포를 주입하였을때, 성공적으로 삼배엽이 형성되었다. 이 세포에서 가장 중요한 것은, 인슐린을 발현하고, 호르몬을 분비할 수 있는 능력이 있다는 것이다. 이 인슐린 생산 세포는 당뇨병의 대체요법으로 사용될 수 있으며, SCNT 줄기세포가 치료적 가능성이 있음을 보여주고 있다.
현재 다른 줄기세포 생산 방법의 개발 및 진보로 SCNT 기반 줄기세포 연구가 침체되어있다. 2007년도에 일반 체세포를 역분화하는 유도만능줄기세포가 인간에서 개발되었다. 다음해, 이 방법은 SCNT 기반 줄기세포 연구의 핵심 목적인 여러 질병에 연관된 유전자를 가진 만능줄기세포를 만드는 것에 성공했다. 비록 유도만능줄기세포와 배아줄기세포가 얼마나 유사한지에 대한 의문이 연구되고 있지만, SCNT 기반 줄기세포연구를 하던 일부 과학자들은 최근 유도만능줄기세포라는 새로운 방법으로 분야를 옮기고 있다. 후성적 기억(epigenetic memory)이 만능유도줄기세포 세포주가 분화하는데 영향을 끼치는데, 예를 들어 혈구세포에서 분화된 만능유도줄기세포는 혈구세포로 분화하는데 좀더 효율이 높지만, 뉴런으로 분화하는데에는 효율이 좀 더 낮다. 줄기세포는 어떠한 세포 형태로도 분화할 수 있다는 것으로 정의되는데, 이것은 유도만능줄기세포가 정말 실험적으로 배아줄기세포를 대체할 수 있는지에 대한 의문을 불러일으킨다. SCNT 줄기세포는 이러한 문제를 발생하지 않는다는 점에서 줄기세포 연구에 이용될 수 있다.