귀가 자라는 방법과 이유

Jun 15, 2023

Dan은 SUNY Buffalo에서 생화학 박사 학위를 취득하고 USDA와 Carnegie Mellon University에서 박사후 연구원 과정을 마쳤습니다. 그는 Massive Science, The Daily Beast, VICE 및 GROW에 작품을 게재한 프리랜서 작가입니다. Dan은 분자가 어떻게 협력하여 신체 크기의 현상을 생성하는지에 대해 글을 쓰는 데 가장 관심이 있습니다.

대부분의 과학자들이 무언가를 연구할 때 가장 먼저 하는 일은 그것을 살펴보는 것입니다. 척추 전문의가 박쥐를 살펴봅니다. 지질학자는 지구를 본다. 그러나 내이에 관심이 있는 과학자에게는 이것이 더욱 까다로워집니다. 청각과 균형을 위해 귀가 필요한 살아있는 동물에 부착된 내이를 검사하는 것은 내이가 수용하고 있는 민감한 세포를 죽이거나, 복잡한 귀 구조 자체를 파괴하거나, 전체 시스템의 균형을 무너뜨리지 않고는 어렵습니다. 이러한 경우 실험실에서 귀나 이와 유사한 것을 키우고 대신 연구하는 것이 더 쉽습니다.

과학자들은 수년 동안 뇌, 신장, 간과 같은 다양한 조직에서 오가노이드를 만들어 왔습니다(1-3). 그러나 귀와 같은 외부 조직의 경우 해당 분야는 초기 단계에 있습니다. 그러나 최근 몇 년 동안 청력 상실의 분자생물학 분야에서 진보의 물결이 있었고 줄기 세포를 사용하여 실험실에서 귀의 복잡한 구조를 정확하게 모델링하는 능력이 급성장했습니다.

청력 상실은 심장병과 관절염에 이어 성인에게 세 번째로 흔한 건강 문제입니다. 전 세계적으로 약 13억 명의 사람들이 이 질병의 영향을 받고 있으며, 가장 흔한 원인으로는 유전적 요인, 감염 및 환경 소음이 있습니다(4). 청력 상실은 손상된 유모 세포로 인해 발생하는 경우가 많습니다. 고도로 특화된 이 세포는 달팽이관에 있는 머리카락 같은 돌기의 편향을 신경 신호로 변환합니다. 사람의 일생이 지나면서 이 세포는 낡아집니다. 재생되지 않기 때문에 귀에 대한 이번 손상은 영구적일 수 있습니다(5).

해당 분야의 과학자들은 내이에 대한 치료법을 테스트하기 위한 새로운 귀 오가노이드 시스템을 만들고 있습니다. 귀는 정교하고 정교한 구조로 인해 인체가 제공하는 가장 어려운 생물학적 환경에서 일하고 있습니다. 시간이 지남에 따라 그들은 귀를 연구하기 위한 가장 좋은 모델이 종종 세포 덩어리처럼 보인다는 것을 알게 되었습니다.

칼 쾰러(Karl Koehler)는 인디애나 대학교 대학원에 입학했을 때 줄기세포에 관심이 있었습니다. "특히 저는 감각 발달, 즉 외부 신호를 감지하여 이를 뇌로 보내는 매우 복잡한 장치를 어떻게 개발하는지에 매료되었습니다."라고 그는 말했습니다. 그는 행운의 휴가를 보냈습니다. "공교롭게도 감각 발달과 줄기세포에 중점을 두고 신입생을 받는 유일한 연구실은 내이 연구실뿐이었습니다."

Koehler는 줄기 세포 생물학 분야의 선구자인 Eri Hashino의 연구실에 합류했습니다. Koehler가 도착했을 때 전 세계의 과학자들은 다능성 줄기 세포를 사용하여 연구자가 원하는 조직을 만드는 복제 가능한 방법을 개발하려고 노력하고 있었습니다. 하시노 박사팀은 줄기세포를 이용해 청각 신경세포를 만들었는데, 이 신경세포는 큰 소음 등의 환경적 모욕에 의해 자주 손상되어 다시 자라지 않습니다. Koehler는 다른 길을 가고 싶었습니다. 그는 줄기세포를 사용하여 내이 자체의 구조를 모델링하여 과학자들이 귀의 질병이 소리에서 귀, 뇌로의 정보 흐름을 어떻게 방해하는지 알 수 있도록 돕고 싶었습니다.

뇌는 큰 목표입니다. 귀는 과녁이다. - 하버드 의과대학 칼 쾰러(Karl Koehler)

현재 하버드 의과대학의 신경생물학자이자 감각 연구자인 Koehler는 "뇌는 큰 표적이고 귀는 과녁입니다."라고 말했습니다. 하지만 다트판과 달리 내이는 평평하지 않습니다. 복잡하고 다층적인 3차원 구조입니다. 귀의 차원성을 인식하지 못하여 시험관 내에서 귀를 모델링하거나 기계적 자극을 신경 신호로 변환하는 유모 세포를 성장시키려는 줄기 세포 연구자들이 수년간 실패를 겪었습니다. "배아에서 세포가 일반적으로 발달하는 방식과 매우 다른 평평한 접시에서 줄기 세포를 키우는 대신, 줄기 세포를 접시에서 꺼내 3차원으로 가지면 줄기 세포에 자유도를 부여할 수 있습니다. 그들은 스스로 조직화해야 합니다."라고 Koehler는 말했습니다.