"심장 뛰는 인공 배아"…中, 배아 발달 블랙박스 열었다

중국 연구진이 인간 초기 배아 발달 과정의 '블랙박스'로 여겨지던 '원장 운동'을 세계 최초로 체외에서 재현하는 데 성공했다.

중국 농업대학 웨이 위레이 교수팀과 중국 과학원 동물연구소 위 러치엔 연구원팀은 공동으로 'Disc-Gastruloid'라는 배반엽 유사 모델을 구축해 이 같은 성과를 냈다고 국제학술지 '셀(Cell)'에 지난 24일(현지시간) 발표했다.

원장 운동은 수정 후 약 14일째에 시작되는 배아 발달의 핵심 단계다. 이 과정을 통해 신체의 기본 설계도가 만들어지지만, 윤리적·기술적 한계로 인해 구체적인 기전은 베일에 싸여 있었다.

연구팀은 먼저 원장 운동에 필수적인 배아외 조직인 양막, 영양막, 배아외 중배엽의 역할을 규명했다. 양막유사세포는 분화를 유도하는 '개시자', 영양막줄기세포는 분화를 억제하는 '제한자', 배아외 중배엽줄기세포는 세포 이동을 유도하는 '안내자' 역할을 하는 것으로 나타났다.

이를 바탕으로 연구팀은 배아줄기세포와 세 종류의 배아외 세포를 함께 배양해 'Disc-Gastruloid' 모델을 구축했다. 72시간 배양 후, 이 모델에서는 실제 배아와 유사한 원시선 구조가 형성되는 것이 관찰됐다.

특히 이 모델의 80% 이상은 한 단계 더 발달해 신경관, 원시 장관과 유사한 구조를 형성했다. 심지어 자발적으로 수축하는 심근 전구세포까지 관찰돼 초기 기관 형성 과정을 재현했다.

단일세포 전사체 분석 결과, 연장 배양된 모델은 인간의 착상 후 21일차 자연 배아와 매우 유사한 14종의 세포군을 포함하는 것으로 확인됐다.

이번 연구는 인간 초기 배아 발달, 선천적 결함, 장기 재생 연구의 새로운 길을 열었다는 평가를 받는다. 웨이 위레이 교수와 위 러치엔 연구원이 공동 교신저자로 참여했다.