A structure made of fine silk lets scientists grow blood cells outside the human body.KRISTIN MAGALDI

Your blood isn’t the uniform river of red it appears to be. It’s actually made up of many, varied cells. One class of blood cells is the platelets, which are small, and circulate throughout the blood to activate clotting and stop bleeding. When platelet function is impaired—such as in the case of thrombocytopenia, hemophilia and over 200 other conditions, according to the Platelet Disorder Support Association—patients run the risk of bleeding in greater, life-threatening amounts. If the blood does not clot, patients may bleed out and die.

Treatments for platelet function disorders have many drawbacks. Platelet transfusions are common, but the process requires donors, and complications due to immune responses are frequent and unpredictable. Sometimes drugs will be prescribed to block antibodies—immune cells—from attacking platelets. A last resort is the removal of a patient’s spleen, which eliminates a substantial site of antibody production. But even that doesn’t always improve platelet count.

A team of researchers at Tufts University School of Engineering in Massachusetts and the University of Pavia in Italy, however, believe they may have a solution: create functioning human platelets outside of the patient’s body. They’ve created a model that acts exactly like human bone marrow, the environment within the body that stimulates platelet growth.

By building microtubes spun of silk, collagen and fibronectin, and surrounding these tubes with a pervious silk sponge, the scientists were able to mimic the porous environment of bone marrow outside of the body. Once the environment was created, researchers implanted patientcultured megakaryocytes—the cells that produce platelets—into the system. Reacting as they would if in actual bone marrow, the megakaryocytes went to work, and the researchers had a platelet-making system on their hands.

According to Dr. David Kaplan, one of the lead researchers on the team, silk was key to the process. Because of its structure, silk can be made in varying degrees of stiffness and different forms, which researchers have found affects the formation and release of authentic platelets. Most important, silk does not cause the platelets to clot, meaning that functional platelets can be gathered from the system and used later on without the quality and storage problems created by donor platelets.

The system doesn’t yield as many platelets as healthy human bone marrow, but the researchers are optimistic that they can up that. Of course, it may be a while before the system can be used to treat humans. “The big test is if it can work just as well, or even better in animal trials,” says Dr. Mortimer Poncz of the Children’s Hospital of Philadelphia. If it’s not successful in this context, it’s not a viable solution. He notes, however, that “it is a nice step forward.”

Megakaryocytes cultured from patients could also allow researchers to design patient-specific treatment courses. The researchers hope future applications will go beyond blood disorders, and include healing ulcers and burns, regenerating bone tissue for dentistry and even certain kinds of plastic surgery. 체내의 혈액은 보기와는 달리 균일한 빨간색 강물이 아니다. 실제론 다수의 다양한 세포로 이뤄졌다. 그 혈액세포 종류 중 하나가 혈소판이다. 혈소판은 크기가 작고 혈액 전체를 순환하며 응고를 촉진해 출혈을 막는다. 혈소판 기능이 손상되면 환자의 목숨을 위협할 정도로 다량 출혈의 위험에 처하게 된다. 혈소판장애지원협회에 따르면 예컨대 혈소판감소증, 혈우병과 그 밖의 200여 증상 같은 경우다. 혈액이 응고되지 않으면 환자가 과다출혈로 사망에 이를 수도 있다.

혈소판 기능 장애 치료법에는 단점이 많다. 혈소판 수혈이 일반적이지만 기증자가 필요하고, 면역반응으로 인한 합병증이 잦고, 예측 불가능하다. 때로는 항체(면역세포)가 혈소판을 공격하지 않도록 약을 처방하기도 한다. 최후 수단은 환자의 비장을 떼어내는 방법이다. 항체가 생성되는 부위를 상당부분 제거하게 된다. 하지만 그래도 혈소판 수치가 항상 높아지는 건 아니다.

그러나 미국 매사추세츠주 소재 터프츠대 공학대학과 이탈리아 파비아대학 연구팀이 해결책을 찾아냈다고 주장한다. 기능적인 인간 혈소판을 환자의 체외에서 만드는 방법이다. 체내 혈소판 성장을 촉진하는 인체의 골수 환경과 똑같은 기능을 하는 모델을 개발했다.

연구팀은 체외에서 골수의 다공성 환경을 모방할 수 있었다. 실크·콜라겐·피브로넥틴(동물 세포 표면의 당단백질)으로 실처럼 마이크로튜브를 자아내 투과성의 실크 스펀지로 감싸는 방법이다. 그런 환경이 일단 형성되면 연구팀은 환자에게서 배양된 거핵세포(혈소판을 만드는 세포)를 그 시스템 안에 심어 넣었다. 거핵세포들은 실제 골수 안에 있을 때처럼 반응해 혈소판 생성 작업에 착수했다. 혈소판 제조 시스템을 손에 넣은 셈이다.

연구팀 대표 중 한 명인 데이비드 카플란 박사에 따르면 실크가 그 과정의 열쇠를 쥐고 있다. 실크는 다양한 수준의 경도와 갖가지 형태로 변형 가능한 구조를 갖고 있다. 연구팀의 조사 결과, 진짜 혈소판의 형성과 배출에서 그런 기능이 영향을 미쳤다. 무엇보다도 실크는 혈소판의 응고를 유발하지 않는다. 그 시스템에서 기능적인 혈소판을 수확해 나중에 사용할 수 있다는 의미다. 기증자 혈소판으로 인해 생기는 품질과 저장 문제도 해결된다.

그 시스템은 건강한 사람의 골수만큼 혈소판을 많이 만들지는 못한다. 하지만 연구원들은 생산량을 늘릴 수 있다고 낙관한다. 물론 그 시스템을 사람의 치료에 사용하려면 시간이 걸릴지도 모른다. “동물 실험에서도 그만큼 효과가 있을지 또는 더 좋을지가 큰 시험대”라고 필라델피아 아동병원의 모타이머 폰츠 박사가 말했다. 이 같은 환경에서 성공하지 못할 경우 실효성 있는 해법이 아니다. 그래도 “상당한 발전”이라고 그는 평한다.

과학자들이 환자에게서 배양된 거핵세포를 이용해 환자의 맞춤 치료 과정을 설계할 수도 있다. 연구팀은 이 기법이 장차 혈액 질환을 넘어 다양하게 응용되기를 희망한다. 궤양과 화상 치료, 치과용 뼈조직 재생, 나아가 특정한 유의 성형수술 등이다.

- 번역 차진우

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