연구배경: 현재 수혈이 필요한 경우에는 전량 헌혈에 의존하고 있으며 이에 따라 혈액 부족과 관련된 문제가 전 세계적으로 대두되고 있다. 저출산·고령화로 인해 헌혈에 의존한 현행 혈액 공급 체계로는 수요를 감당하기 어렵고, 코로나바이러스 감염증-19와 같은 질병으로 인해 수혈 부족현상이 나타나고 있다. 특히 빈혈 환자에게 주로 사용되는 적혈구는 치료를 위해 많은 양의 세포가 필요하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 유도만능줄기세포 유래 적혈구 생산에 대한 연구가 이루어지고 있다. CD34는 조혈줄기세포를 확인하기 위해 사용하는 세포 표지자로 사용하고 있으며, 조혈줄기세포를 이동을 증가시킨다는 연구도 있다. 하지만 아직까지는 CD34의 기능에 대해서는 완벽하게 밝혀지지 않아서 기능과 관련된 추가적인 연구가 필요하다. 선행연구에서 조혈줄기세포를 증식시키는 과정에서 증식기간이 지남에 따라 CD34의 발현율이 낮아지는 것을 확인하였고 이에 따라 CD34발현율에 따른 인간유도만능줄기세포 유래 조혈줄기세포로부터의 적혈구 분화의 영향을 확인해보고자 하였다. 본 연구에서는 인간유도만능줄기세포유래 조혈줄기세포로부터의 적혈구 분화 과정에서 CD34 발현 차이에 따른 적혈구 마커의 발현 차이를 비교하여, CD34 발현율 차이에 따른 적혈구 마커의 발현의 영향을 확인하고자 한다.
연구방법: 인간유도만능줄기세포를 배양하여 유도만능줄기세포의 전분화능을 확인하고 대조군으로 인간유도만능줄기세포에서 적혈구로 분화를 시켰으며, 실험군으로 사용하기 위한 인간유도만능줄기세포 유래 조혈줄기세포를 제작한다. 제작된 인간유도만능줄기세포 유래 조혈줄기세포의 특성을 조혈줄기세포 세포표지자를 사용하여 확인하고, 조혈줄기세포 제작 직후와 증식배지가 사용된 조혈줄기세포 증식 3일차, 증식배지에 UM729가 첨가된 조혈줄기세포 증식 3일차군으로 나누어 CD34의 발현율의 차이를 확인한다. 각 실험군들을 적혈구로 분화시킨 후 적혈구 세포표지자를 사용하여 분화 및 마커 발현 차이를 확인한다. 모든 특성 분석 및 세포표지자는 유세포 분석을 통해 확인하였다.
연구결과: 내배엽, 중배엽, 외배엽 표지자를 사용하여 인간유도만능줄기세포의 증식과 전분화능을 확인하였고 인간유도만능줄기세포 유래 조혈줄기세포가 제작되었다. 제작한 인간유도만능줄기세포 유래 조혈줄기세포는 세포표지자인 CD34, CD43, CD45, CD59 그리고 CD90을 통해 특성을 확인하였다. 인간유도만능줄기세포에서 적혈구로 분화시킨 것을 대조군, 인간유도만능줄기세포 유래 조혈줄기세포 제작 직후의 실험군, StemPro-34 SFM을 사용하여 3일간 증식한 실험군, StemPro-34 SFM에 UM729를 첨가해 3일간 증식한 실험군으로 실험을 진행하였다. 대조군과 증식이 완료된 실험군들에 대한 CD34 발현율을 확인하였으며, 각 실험군들을 적혈구로 분화시켜 분화 14일 후 적혈구 세포표지자인 CD71, CD235a를 확인하였다. 그 결과 인간유도만능줄기세포 유래 조혈줄기세포 제작 직후의 실험군만이 대조군과 유사한 CD34 발현율을 나타내었으며, 적혈구 세포표지자 또한 유사하게 발현하였다. 증식된 실험군들은 대조군과 비교하여 CD34 발현율이 낮았으며 적혈구로 분화 후 적혈구 세포표지자 발현 또한 낮게 나타나는 것을 확인하였다.
결론: 본 연구에서는 인간유도만능줄기세포 유래 적혈구 분화에서 CD34 발현율의 차이에 따라 적혈구의 분화 후 적혈구 세포표지자 발현의 차이를 확인하였다. 인간유도만능줄기세포를 이용한 인공혈액을 혈액제제로 이용하기 위해서는 많은 수의 적혈구가 필요한데 본 연구를 통해 인간유도만능줄기세포 유래 조혈줄기세포의 CD34 발현을 높게 유지시키면서 증식이 되는 것이 혈액제제로서의 이용 가능한 적혈구로의 분화가 용이하다는 것을 확인하였다. 또한 향후 인간유도만능줄기세포 유래 조혈줄기세포의 CD34 발현율 차이로 혈소판, 자연살해세포 등 다른 혈액제제들의 분화를 유도할 수 있는 연구에도 적용할 수 있을 것으로 예상한다.