신체재생

Body Regeneration

손가락을 복원하는 사진(혐오감을 느낄 수 있으므로 주의)

손상된 신체부위를 재생하는 것을 말한다. 현재 세포를 배양하거나 주입하는 전자의 방식이 있고, 또한 인체의 재생능력을 발현하는 후자의 방식이 있다.

1 세포 배양 및 주입 방식

1.1 줄기세포

현재 줄기 세포를 주입하여 신체의 특정 조직을 복구하는 기능이 시도되고 있으나, 밑의 방식에 비해 재생능력이 낮으며 암세포로 변이될 위험성이 있어서 현재 잘 사용되지 않고 있다. 특히 한국에서는 줄기 세포 시술을 불법으로 규정하고 있다.

줄기세포의 종류에도 배아 줄기 세포, 성체 줄기 세포, 기존의 세포를 줄기세포로 되돌린 역분화 줄기세포 등이 있는데, 많은 연구가 진행되고 있다.

1.2 세포 배양

세포를 배양하여 장기로 만드는 방법인데, 그렇다고 세포만으로 배양하기는 힘들기 때문에 보통 스캐폴드라고 불리는 장기의 본이 되는 뼈대(scaffold)에 세포를 배양하는 방식으로 이뤄진다. 우선 장기기증자의 장기를 분리하여 해당 장기를 산성 용액을 담가서 스캐폴드만 남기고 기존의 세포를 제거하고 이식환자의 세포나 혈액을 장기에 흘려 보내 서서히 이식환자의 장기로 변환시키는 방법이다. 이 방식의 장점으로는 기존의 장기이식은 면역거부반응 억제를 위해 평생동안 면역억제제를 복용해야 하는 데 반하여 이 방식은 이식환자의 장기로 탈바꿈하여 이식하기 때문에 복용 필요성이 필요없고 해당 환자에 적합한 장기를 찾기 위해 기다리는 시간과 비용을 절약할 수 있다는 것이다.

무엇보다도 스캐폴드를 복제할 방법(3d 프린터를 이용한다든지)이 나와 스캐폴드가 나오게 된다면 거기에 환자 세포만 키우면 되므로 장기이식의 시간과 비용을 더욱 더 줄일 수 있게 될 것이다.

뼈대만 남은 심장에 새 심장세포 이식, "심장 뛰었다"

인공장기 참조

1.3 3d 프린팅

특정 장기를 세포를 재료로 3D 프린터를 이용하여 재생하는 방식으로, 3d프린터의 방식을 응용하여 실제 세포를 재료로 사용하면 장기를 새로 찍어 만들 수 있지 않겠느냐는 아이디어에서 출발했다고 한다. 이 경우 재료만 실제 세포로 되어 있을 뿐, 인쇄 과정(장기를 인쇄하는 것 맞다.)은 3D 프린터의 그것과 굉장히 유사하다. 현재 이 기술을 이용하여 신장이나 방광을 찍어낼 수 있다고 하며, 이후에는 직접 인체의 손상된 부위에 3D프린터가 직접 세포를 주입하는 기술이 나올 예정이라고 한다.

2 신체 재생 능력 발현 방식

2.1 세포외기질

extracellular matrix

세포의 뼈대를 이루는 세포외기질을 갈아서 분말가루나 젤 형태로 만든 다음에 절단부위나 손상부위에 발라주는 방식으로 이 경우 앞의 줄기세포보다 훨씬 나은 재생능력을 보여준다. 실제로 돼지방광을 분말가루로 만들어서 절단된 손가락 부위에 뿌려주자 재생되는 부위에서 돼지 냄새가 나는 불편함을 제외하고는 3~4주 이후에 손가락이 자라서 뼈와 손톱까지 모조리 재생되는 모습을 보여 주었다고 한다. 네이버캐스트 참고
현재 이러한 기술에 감흥을 받아서 미군이나 여러 연구기관에서 연구 중인데, 특히 미군의 경우 부상중인 병사가 특정 신체부위가 심각하게 손상되거나 절단되는 경우가 많기 때문에 대단히 중요한 기술로 보고 연구를 진행 중에 있다고 한다. 허벅지 근육이 70% 이상 괴사되어 절단 위기에 놓인 환자에 세포외기질을 젤형태로 주입하여 근육을 거의 되살려 냈다고 한다.
즉, 765억원을 들여서 심각하게 손상되었던 사람의 허벅지 근육세포를 대부분 재생시켰다고 한다. 흠좀무
원문 신문기사

본질적으로 봤을 때 세포외기질이 뼈대(scaffold)를 이루는 주요 결합지지성분이기 때문에 기존의 세포들이 그러한 세포외기질을 기둥으로 삼아서 신체적으로 재생을 촉진했을 가능성이 있다. 예전에 개의 파열된 대동맥의 자리에 창자를 떼내어 창자를 대동맥 사이에 이어 붙이니 그 창자가 대동맥과 흡사하게 변했다는 연구결과도 있었다.

Pig bladder powder used to regenerate finger
Can humans regrow fingers?
Can humans regrow fingers?
http://science.howstuffworks.com/life/human-biology/extracellular-matrix.htm
참고자료
조직의 재생과 세포 외 기질의 중요성

This particular hobbyist happened to have a brother in the tissue-regeneration business, who told him to forego the skin graft and instead apply a powdered extract taken from pig's bladder to the raw finger tip. The extract, called extracellular matrix, lays the framework that cells use to generate any given body part. It's like a cellular scaffolding, and all animals have it. It holds the signals that direct cells to divide, differentiate and build themselves into a specific form.
그 손가락 잘린 사장에게 조직재생 연구에 정통한 동생이 있었다. 그 형제는 손상된 신체조직을 봉합하거나 딱지로 남기지 않고 대신 돼지의 방광으로부터 추출한 파우더 추출물을 손상된 손가락에 뿌리도록 형에게 지시하였다. 세포외기질이라고 불리는 그 추출물은 어느 신체 부위라도 재생시키는 것을 돕기 위하여 뼈대를 만들어낸다. 그것은 마치 하나의 세포 뼈대이고, 그리고 모든 동물들이 가지고 있다. 그 세포외기질은 직접적으로 기존 세포들을 역분화, 차별화하거나 세포들을 특정한 형태로 만들도록 신호를 보내는 특징을 가지고 있다.

Extracellular matrix is a component of body tissue that functions outside of the body's cells (thus the "extracellular" designation). It's made up mostly of collagen, a type of protein. So extracellular matrix extracted from the bladder of a pig does not actually have any of the pig's cells in it.
세포외기질 자체는 세포 밖에서 기능하는 신체조직 중의 일부에 불과하다.(그래서 '세포외'라고 지칭되는 것이다.) 세포외기질은 거의 콜라겐으로 이뤄지고, 몇 종류의 단백질 만이 함유되어 있다. 그래서 돼지 방광에서 추출한 세포외기질 자체는 사실 그저 껍데기일 뿐 아무런 세포를 함유하지 않고 있다.(아마 돼지 방광을 염산으로 스캐폴드화 시켜서 그것을 분말가루로 갈아내는 것이 아닌가 추정한다.

In human fetuses, the substance works in concert with stem cells to grow and regrow everything from heart aortas to toes. Fetuses can regrow almost anything that gets damaged while in the womb. Scientists have long believed that when a fetus reaches full development, this extracellular matrix stops functioning. But with evidence that applying extracellular matrix from a pig can initiate certain types of regeneration in humans, they're wondering if they can trigger human extracellular matrix to start working again. After all, according to regeneration researcher Dr. Stephen Badylak of the University of Pittsburgh, children up to the age of two have been known to regrow fingertips with no outside help.
인간의 태아 단계에서는 그 세포외기질이 줄기세포들과 활동하며 심장 대동맥에서 부터 발가락까지 모든 것을 성장 또는 재성장하도록 돕는다. 인간 태아 그 자체는 자궁 내에 있을 시기 동안 거의 모든 손상된 조직들을 복구할 수 있다고 한다. 한편 과학자들은 그동안 인간의 재생능력이 멈춰진 이유가 태아가 모든 조직 발달을 완료한 시기 이후로 세포외기질 자체가 기능이 중단된다고 믿어왔다. 하지만 몇몇 증거들로부터 돼지로부터 추출한 세포외기질 가루가 인간에게 하여금 태아있을 시기에 발현되었던 재생능력을 다시 재활성화시키는 것으로 수정되고 있다. 과학자들은 스스로 인간의 세포외기질을 언젠가 다시 동작할수 있을거라는 믿음을 가지고 있다. 다른 걸 떠나서, 피츠버그 대학의 재생의학을 연구하는 스테판 바딜락 박사에 의하면, 만 0세~2세까지의 어린이들은 몇몇 경우에 한하여 외부의 의학적 도움없이 손가락 끝을 재생할 수 있다고 주장한다.

Pig-extracted extracellular matrix is already used by veterinarians to help horses repair torn ligaments. In people, it's used to treat ulcers, closing a hole in the tissue that lines the stomach. It employs an entirely different process than the typical mammalian healing mechanism. Let's take the case of a person who loses the tip of a finger. When the finger is severed, the cells die, and their contents seep into the surrounding tissue. This alerts the immune system to a problem. The immune system's response to cell death is inflammation and scar tissue. The formation of scar tissue prevents any future cellular development in the area. That's why scars last -- cells are prevented from doing a repair job on that skin.
사실 세포외기질은 몇몇 수의과 의사들에게 말의 파열된 인대를 고치기 위해 활용되고 있다. 사람들을 대상으로 할 경우, 그것을 위의 천공을 메꾸거나 궤양을 치료하는 데에 사용할 수 있을 것이다. 세포외기질은 일반적인 포유동물의 상처치료 메카니즘과 완전히 다른 과정을 유도한다. 잠깐 손가락 끝이 절단된 일반적인 사람을 예로 들어보자. 만약 손가락이 절단될 경우, 절단면 부위의 세포들이 우선 생물학적으로 '죽는다' (그리고 죽었던 세포의 내용물은 절단면을 둘러싸는 조직을 형성할 것이다.) 문제는 이러한 반응을 면역체계가 가만히 지켜보지 않는다는 것이다. 면역체계에서의 그러한 세포의 환원물은 세포괴사와 상처딱지 조직으로 나올 뿐이다. 그러한 상처 딱지의 형성은 사실 포유동물에게 하여금 신체재생 자체를 못하도록 막고 있다. 그것이 상처가 오래가는 이유고 세포들은 손상된 부위에서 재생 작업을 수행할 수 없게 된다.

But when extracellular matrix is applied to a wound, it doesn't trigger an immune response. Instead, when it begins to break down into surrounding tissue, it causes the cells in that tissue to start repairing the damage the way they would in a developing fetus (or a salamander that loses a limb) -- they divide and rebuild, creating new, normal tissue, not scar tissue.
그러나 세포외기질이 다친 부위에 발라지거나 뿌려질 경우, 세포외기질은 면역반응을 유도하지지 않는다. 대신에 그 세포외기질들은 손상부위를 감싸는 부위로 환원되고, 동시에 해당 손상 조직 근처의 세포들로 하여금 재생작업을 시작하도록 한다.(이 방법은 태아 형성기의 재생 방법과 똑같으며 이러한 재생방법은 절단된 팔이나 손을 복구하는 도롱뇽에도 볼 수 있다.)
결과적으로 새로운 신체조직을 구성하고 상처흔적을 남기지 않는다.

Growth control

신경계가 신체 재생에 중요한 역할을 함이 밝혀젔다. 절단된 부위에 전극을 설치하고 전류를 흘러 보냈더니 신경이 절단면을 둘러싼 세포에 뻗어나가는 것이 관찰되었으며, 신체 재생이 이루어지는 것이 관찰되었다.
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3 기타

냉동수면과도 관련이 있다. 머리만 냉동 보존하는 방식도 있기 때문이다. 냉동수면은 시신에 가까운 상태의 사람을 되살려낼 수 있는 과학 기술을 전제로 하기 때문에 전신의 신체 재생을 기대할 수 없는 것은 아니다.

4 관련 항목 및 참고 자료

• 네이버 인체 재생 기술
• 네셔널 지오그래픽 How to bulid a beating heart (영어)
• 불도마뱀 신체 재생 신비 인체에도 적용할 수 있다면 (중앙일보)
• 절단된 신체 부위를 복구시키는 재생의술 (괴물딴지)
• [3]
• [4]
• 양서류
• 도롱뇽
• 3D 프린터
• 줄기세포
• 신장
• 장기
• 재생성
• 초재생능력
• 러커(데드 스페이스)