캐나다 브리티시컬럼비아대학교(UBC)의 한 실험실에서 공상과학처럼 보였던 연구가 점차 현실로 다가오고 있다. 비뇨기과학 조교수이자 남성 생식의학 전문의인 라이언 플래니건 박사와 그의 연구팀은 3D 프린팅 기술로 정자 세포를 만들고자 시도하고 있다. 이는 현재 생물학적 부모가 될 가능성이 없는 남성에게 전례 없는 가능성을 제시할 수 있다.
“우리는 기존 의료 관행에 도전하고 있습니다.” 플래니건 박사는 말한다. “매일 비폐쇄성 무정자증(NOA) 환자를 진료하는데, 이들 중 다수에게는 현재 이용 가능한 치료법이 없습니다. 그렇기에 문제를 근본적으로 다시 생각하고 돌파구를 찾아야 합니다.”
남성 불임: 간과되어 온 문제의 절반
전 세계 가임기 부부 중 약 15%가 임신에 어려움을 겪으며, 남성 요인이 절반 이상의 사례를 차지한다. 가장 심각한 남성 불임 형태 중 하나인 비폐쇄성 무정자증(NOA)에서는 고환에서 정자가 거의 생성되지 않는다.
미세절개 고환 정자 추출술(mTESE)도 약 절반의 사례에서만 성공한다. 플래니건 박사는 “성공 여부는 고환의 수십억 개 세포 가운데 정자를 만들 수 있는 매우 작은 부위를 찾는 데 달려 있습니다.”라고 말한다. “실제로 정자가 전혀 없는 남성도 있을 수 있으므로, 이러한 환자에게 생물학적 부모가 될 가능성을 제공할 기술을 만들어야 합니다.”
3D 프린팅으로 고환 세포를 만들어 실험실 속 정자 공장 구축
연구팀은 3D 바이오프린팅을 이용해 인간 고환 조직의 세포 구조를 재현한다. 단순히 세포만 프린팅하는 것이 아니라, 정자가 발달하는 정세관을 모사한 복잡한 미세환경도 함께 구현하고 있다.
플래니건 박사는 “정자 생성은 단일 세포 과정이 아닙니다. 20가지가 넘는 세포 유형 간의 접촉과 신호전달이 관여하는 복잡한 과정입니다.”라고 설명한다. “우리는 단순히 세포를 배양하는 것이 아니라 환경을 만들고 있습니다.”
연구팀은 인간 고환 줄기세포를 지원하기 위해 생체모사성이 높은 3D 프린팅 모델을 개발했다. 성장인자와 영양소를 조절해 이 세포들이 성숙한 정자로 분화하도록 유도하고자 한다.
학제 간 연구 협력: 공상과학을 현실로
플래니건 박사는 “이 연구는 학제 간 협력 없이는 진전될 수 없습니다.”라고 강조한다. 그의 연구팀은 계산생물학, 수학적 모델링, 생식의학, 재료공학 등 여러 분야를 아우른다.
UBC의 파라즈 하크 박사와 제프리 시빙거 박사는 단일세포 시퀀싱 데이터를 분석하고 분화 단계별 유전자 발현 경로를 파악하는 데 도움을 준다. “줄기세포가 정자가 되도록 단계마다 어떤 신호가 필요한지 이해해야 합니다.”
연구팀은 빅토리아대학교의 스테퍼니 윌러스 박사와도 협력해 프린팅 정밀도와 세포 적합성을 높이는 바이오잉크를 개발하고 있다. “바이오잉크는 단순히 프린팅하는 데 그쳐서는 안 되며, 세포 성장, 신호전달, 구조 발달을 뒷받침해야 합니다.”
정밀의학: 미래의 불임 치료는 획일적일 수 없다
플래니건 박사는 “환자마다 분자생리학적 특성이 고유합니다. 따라서 미래의 불임 치료는 획일적 방식이 아니라 개인 맞춤형이어야 합니다.”라고 말한다.
연구팀의 연구에 따르면 일부 무정자증 환자에서는 줄기세포 자체가 아니라 기능이 저하된 지지세포에 문제가 있다. “지지세포를 회복시키거나 적절한 신호를 제공할 수 있다면, 이전에는 정자를 만들지 못했던 세포를 활성화할 수 있을지도 모릅니다.”
따라서 미래의 치료는 정자를 재생하는 데 그치지 않고 환자별 상태에 맞춰져 정밀의학을 실제로 구현할 수 있다.
임상 적용은 아직 멀지만, 진전은 희망을 준다
이 기술은 아직 초기 실험 단계이며 인간 치료에 사용되기까지는 갈 길이 멀다. 플래니건 박사는 추가 연구비와 더욱 복잡한 생물안전성 연구, 윤리 및 규제 검토가 필요하다고 인정한다.
“그러나 우리의 목표는 분명합니다. 현재 의학에 선택지가 없는 환자에게 이 기술이 언젠가 도움이 되게 하는 것입니다.”
그 과정에서 연구팀은 남성 불임의 분자 기전을 계속 밝히고 새로운 연구의 길을 열어갈 예정이다.
뉴스 | 3D 프린팅 정자 세포, 남성 불임 치료의 판도를 바꿀 수 있어
뉴스 | 3D 프린팅 정자 세포가 남성 불임 치료를 혁신할 수 있다
캐나다 브리티시컬럼비아대학교(UBC)의 한 실험실에서 공상과학처럼 보였던 연구가 점차 현실로 다가오고 있다. 비뇨기과학 조교수이자 남성 생식의학 전문의인 라이언 플래니건 박사와 그의 연구팀은 3D 프린팅 기술로 정자 세포를 만들고자 시도하고 있다. 이는 현재 생물학적 부모가 될 가능성이 없는 남성에게 전례 없는 가능성을 제시할 수 있다.
“우리는 기존 의료 관행에 도전하고 있습니다.” 플래니건 박사는 말한다. “매일 비폐쇄성 무정자증(NOA) 환자를 진료하는데, 이들 중 다수에게는 현재 이용 가능한 치료법이 없습니다. 그렇기에 문제를 근본적으로 다시 생각하고 돌파구를 찾아야 합니다.”
남성 불임: 간과되어 온 문제의 절반
전 세계 가임기 부부 중 약 15%가 임신에 어려움을 겪으며, 남성 요인이 절반 이상의 사례를 차지한다. 가장 심각한 남성 불임 형태 중 하나인 비폐쇄성 무정자증(NOA)에서는 고환에서 정자가 거의 생성되지 않는다.
미세절개 고환 정자 추출술(mTESE)도 약 절반의 사례에서만 성공한다. 플래니건 박사는 “성공 여부는 고환의 수십억 개 세포 가운데 정자를 만들 수 있는 매우 작은 부위를 찾는 데 달려 있습니다.”라고 말한다. “실제로 정자가 전혀 없는 남성도 있을 수 있으므로, 이러한 환자에게 생물학적 부모가 될 가능성을 제공할 기술을 만들어야 합니다.”
3D 프린팅으로 고환 세포를 만들어 실험실 속 정자 공장 구축
연구팀은 3D 바이오프린팅을 이용해 인간 고환 조직의 세포 구조를 재현한다. 단순히 세포만 프린팅하는 것이 아니라, 정자가 발달하는 정세관을 모사한 복잡한 미세환경도 함께 구현하고 있다.
플래니건 박사는 “정자 생성은 단일 세포 과정이 아닙니다. 20가지가 넘는 세포 유형 간의 접촉과 신호전달이 관여하는 복잡한 과정입니다.”라고 설명한다. “우리는 단순히 세포를 배양하는 것이 아니라 환경을 만들고 있습니다.”
연구팀은 인간 고환 줄기세포를 지원하기 위해 생체모사성이 높은 3D 프린팅 모델을 개발했다. 성장인자와 영양소를 조절해 이 세포들이 성숙한 정자로 분화하도록 유도하고자 한다.
학제 간 연구 협력: 공상과학을 현실로
플래니건 박사는 “이 연구는 학제 간 협력 없이는 진전될 수 없습니다.”라고 강조한다. 그의 연구팀은 계산생물학, 수학적 모델링, 생식의학, 재료공학 등 여러 분야를 아우른다.
UBC의 파라즈 하크 박사와 제프리 시빙거 박사는 단일세포 시퀀싱 데이터를 분석하고 분화 단계별 유전자 발현 경로를 파악하는 데 도움을 준다. “줄기세포가 정자가 되도록 단계마다 어떤 신호가 필요한지 이해해야 합니다.”
연구팀은 빅토리아대학교의 스테퍼니 윌러스 박사와도 협력해 프린팅 정밀도와 세포 적합성을 높이는 바이오잉크를 개발하고 있다. “바이오잉크는 단순히 프린팅하는 데 그쳐서는 안 되며, 세포 성장, 신호전달, 구조 발달을 뒷받침해야 합니다.”
정밀의학: 미래의 불임 치료는 획일적일 수 없다
플래니건 박사는 “환자마다 분자생리학적 특성이 고유합니다. 따라서 미래의 불임 치료는 획일적 방식이 아니라 개인 맞춤형이어야 합니다.”라고 말한다.
연구팀의 연구에 따르면 일부 무정자증 환자에서는 줄기세포 자체가 아니라 기능이 저하된 지지세포에 문제가 있다. “지지세포를 회복시키거나 적절한 신호를 제공할 수 있다면, 이전에는 정자를 만들지 못했던 세포를 활성화할 수 있을지도 모릅니다.”
따라서 미래의 치료는 정자를 재생하는 데 그치지 않고 환자별 상태에 맞춰져 정밀의학을 실제로 구현할 수 있다.
임상 적용은 아직 멀지만, 진전은 희망을 준다
이 기술은 아직 초기 실험 단계이며 인간 치료에 사용되기까지는 갈 길이 멀다. 플래니건 박사는 추가 연구비와 더욱 복잡한 생물안전성 연구, 윤리 및 규제 검토가 필요하다고 인정한다.
“그러나 우리의 목표는 분명합니다. 현재 의학에 선택지가 없는 환자에게 이 기술이 언젠가 도움이 되게 하는 것입니다.”
그 과정에서 연구팀은 남성 불임의 분자 기전을 계속 밝히고 새로운 연구의 길을 열어갈 예정이다.
기사 출처:
온라인 수집