작은 기적 : 줄기 세포는 Madison에서 연구와 기업가 정신을이 끕니다

1998 년 위스콘신 대학교 매디슨 (Wisconsin-Madison) 대학교 연구원들은 생물학과 의학의 세계에서 파도를 만들어 세포 발달의 기초가되는 생물학적 빌딩 블록 인 인간 배아 줄기 세포의 5 가지 사례가 실험실 접시에서 성공적으로 분리되어 자라고 있다고 밝혔다.

오늘 Madison 기반 줄기 세포 은행 인 WiCell을 방문하면 1,364 개의 서로 다른 줄기 세포 배양 라이브러리 라이브러리를 찾을 수 있습니다.이 필드는 20 년 전에이 분야가 얼마나 발전했는지를 보여줍니다.

유니버시티 리서치 파크 (University Research Park)에있는 WiCell의 집에있는 보안 실에 들어가면 5 피트 높이의 금속 탱크가 있으며 각각 영양소가 풍부한 액체 배지에 부유하는 줄기 세포로 가득한 47,000 개의 바이알이 저장되어 있습니다. 직원들은 탱크를 풀고 액체 질소 증기를 방출하며 연구 프로젝트, 임상 시험 및 생명 공학 제품을 위해 매디슨과 전세계 과학자 및 제약 회사 팀에게 배송하는 대형 R2-D2 형 실린더에 유리 병을 놓습니다.

Tenneille Ludwig 이사에 따르면 WiCell은 1999 년 창립 이래 6 개 대륙 45 개 국가에 7,000 회 이상의 출하를했다고 밝혔다. Ludwig는 줄기 세포의 확산과 WiCell이 가능하게 해준 두 가지 연구자들의 훈련에 힘 입어 지난 19 년 동안 줄기 세포에 관한 약 13,000 개의 학술 논문이 있다고 밝혔다.

그녀는“이러한 출판물 각각을 우리가 과학적으로 알고있는 지식의 수집에 존재하지 않는 지식의 조각이라고 생각하면 정말 놀랍습니다.

11 월 6 일은 인간 배아 줄기 세포를 분리하고 성장시키는 타당성을 입증하는 UW 연구원들에 의해 최초 논문 의 발간 20 주년을 기록했다 . 이 행사는 대학교에서 기념 보고서를 만들었으며 이후 매디슨과 전세계에서 대학에서 등장한 강력한 연구, 기업가 정신 및 임상 연구 분야를 축하하게되었습니다 .

위스콘신 대학교 매디슨 대학교 (University of Wisconsin-Madison)의 약 635 명의 과학자와 학생들이 줄기 세포 관련 프로젝트로이 분야를 발전시키고 있습니다. 학계는 또한 자신의 연구 결과를 민간 부문으로 가져와 특허를 제출하고 매디슨 지역에서 소규모 경제 활동 클러스터를 구축하는 데 도움이되는 줄기 세포 기반 회사를 ​​출범 시켰습니다.

이 활동은 캘리포니아와 매사추세츠 주와 함께 위스콘신 주를 줄기 세포 핫스팟으로 인정 받았습니다.

캘리포니아 대 데이비스 줄기 세포 학자이자“줄기 세포 : 내부자 안내서”의 저자 인 폴 노프 플러 (Paul Knoepfler)는“줄기 세포를 보면 특정 주를 생각한다면… 위스콘신은 하나입니다.

파킨슨 병의 종결에서 시험 관내 전체 장기의 성장에 이르기까지 줄기 세포 연구의 모든 약속이 실현 된 것은 아닙니다. 그럼에도 불구하고이 분야의 사람들은 줄기 세포 연구가 빠른 속도로 발전한 20 세의 학문을 인정합니다.

UW 매디슨의 줄기 세포 및 재생 의학 센터 의 심장 전문의이자 팀장 인 Tim Kamp는“우리는 지난 20 년 동안 놀라운 발전을 이루었습니다 . "하지만 각 질병, 각 장기 시스템, 악마는 세부 사항에 있습니다."

돌파구

비비안 마샬은 아직도 생물 학자 제임스 톰슨 (James Thomson)이 1998 년 11 월 발표 이전 몇 달 전에 현미경으로 배반포 (초기 발달 단계 중 하나의 배아)를 검사하기 위해 그녀를 불러 온 날을 기억합니다.

텍사스 주 샌 안토니오 소재 CHRISTUS Santa Rosa Health System에서 임상 연구를 담당하고있는 생물 학자 마샬은“그는 오늘이 왔는지 아닌지에 대한 의견을 제시해달라고 요청했다. 그녀는 인간 배아 줄기 세포 분리에 관한 보고서의 공동 저자였습니다. 문제의 "날"은 배아 줄기 세포가 배반포에서 추출 할 준비가 될 때입니다.

Thomson은 줄기 세포 과학 분야에서 이미 리더로 자리 매김 한 원시 학자였습니다. 3 년 전 그는 붉은 원숭이로부터 배아 줄기 세포를 분리했습니다. 그는 인간과 같은 일을하려고했습니다.

의학과 생물학의 미래에는 그 의미가 상당했습니다. 줄기 세포는 배아에서 처음으로 형성되며 인간 세포 발달의 기초를 구성합니다. 그들은 분화라고 알려진 과정에서 심장에서 피부, 뇌에 이르기까지 다른 특수 세포와 조직으로 변형됩니다.

세포를 분리하면 과학자들은 발견의 모든 종류의 문을 열 수 있습니다. 자궁에서 인간이 어떻게 발달하는지에 대한 새로운 통찰력과 생식 및 유전병에 대한 새로운 통찰력이있을 것입니다. 줄기 세포를 다른 특수한 형태로 변형시키는 능력은 연구자들이 새로운 약물이나 스크리닝 절차를 테스트하는 데 도움이 될 수 있습니다.

세포는 또한 인체에서 세포 또는 조직의 재성장 또는 대체를 포함하는 재생 의학의 길을 닦을 것입니다. 심부전 위험이있는 사람은 새로운 혈관 조직을 얻거나 파킨슨 병 환자는 도파민 세포 주사로 치료할 수 있습니다.

줄기 세포를 처음으로 분리하기 위해 UW-Madison 과학자 팀은 줄기 세포를 포함하는 내부 세포 덩어리가 미세 수술 기술을 사용하여 제거하기에 충분히 성숙 할 때까지 배양 접시에서 배아가 발달하도록해야했습니다. 그런 다음 연구자들이 통제 할 수없는 방식으로 자발적으로 분화하지 않고 실험실 조건에서 세포를 유지하는 문제가 될 것입니다.

기억에서 마샬은 톰슨이 전화를 걸어 확인을 요청한 후 현미경을 살펴 보는 것을 회상합니다. 곧 팀은 5 개의 개별 배아에서 세포 배양을 유도했습니다.

마샬은 흥미롭고 신경을 많이 쓰는 시간이라고 말했다.

"저는 실제로 다른 날 자녀들에게이 말을하고있었습니다. 과학 분야의 획기적인 논문에 참여할 기회가없는 사람들은 많지 않습니다."라고 그녀는 말했습니다.

마샬은 또한 발표 후 과학 저널리스트들로부터 온 미디어 공세를 기억합니다. 지역 언론에서 뉴욕 타임즈까지의 아울렛이이 뉴스를 다루었습니다. 2001 년, Thomson의 얼굴은 업적을 위해 TIME 매거진 표지에 나타납니다 .

톰슨은이 이야기에 대한 인터뷰 요청을 거절했습니다. 동료들은 연구원이 언론의 주목을받는 데 특별한 시간을 보내지 않은 개인이라고 말했다.

톰슨의 돌파구 당시 대학교에서 일하던 심장 학자 인 캄프는“그는 대화하는 것을 좋아하지 않는다”고 말했다. "실험실에서 더 행복합니다. 말이 안전합니다."

동료들은 또한 그를 엄청나게 집중하고 똑똑하며, 누군가가 발견에 대한 인식을 확산시키는 중요성을 예리하게 알고 있다고 설명합니다.

또한 그는 세포에 대한 윤리적 논쟁의 정도를 깊이 인식 한 사람이라고 말했다. 배아 줄기 세포를 분리하면 많은 윤리적 문제가 생겨 났으며, 그 중 가장 두드러진 것은 파생물이었습니다.이 과정에는 인간 배아의 기증과 그에 따른 파괴가 필요했습니다.

UW-Madison의 생명 윤리 및 법률 교수 인 Alta Charo는 국립 과학 아카데미를 통해 줄기 세포 연구를위한 공식적인 윤리 지침을 작성하는 데 도움을 줄 것으로 1998 년 발표 전에 Thomson과의 회의에서 당면한 윤리적 문제를 검토하기 위해 회상했다. . 그녀는 Thomson이 그의 연구의 윤리적 차원을 최대한으로 탐구하겠다는 결심을 보였다고 말했다. 그의 목표는“너무 신중하게 ... 불필요한 일을하지 않기 위해주의를 기울이는 것, '당신은 이것에 동의하지 않을 수도 있지만 가능한 한 책임을 졌다는 것에 동의하지 않을 수는 없습니다. 완료된 방식입니다. '”라고 Charo가 말했습니다.

이 발표는 정치적 파산을 일으켰다. Carl Gulbrandsen (이전에는 Thomson의 줄기 세포 계열 특허를 보유한 Wisconsin Alumni Research Foundation의 전무 이사)은 WARF와 대학이 전 생애 운동과 종교적 권리를 가진 사람들로부터 반발을 받았다고 회상했습니다.

"정치적 (푸시 백)으로 우리가 지금까지해온 것 중 가장 복잡한 일 중 하나였습니다."라고 그는 말했습니다.

Pro-Life Wisconsin은 여전히 줄기 세포 연구를 의제 문제 중 하나로 제시합니다 .“자유로운 줄기 세포는 인간의 생명을 파괴해야합니다.”는 그룹 웹 사이트의 문제 요약을 읽습니다.

연방 차원에서 George W. Bush 행정부는 기존 줄기 세포 배양을 이용한 연구를 계속할 수 있었지만 배아를 사용해야하는 줄기 세포 연구에 대한 연방 기금을 제한했습니다. 그 연구 금지는 나중에 버락 오바마 대통령에 의해 해제되었습니다.

줄기 세포 연구는 지금까지 정치적 폭풍을 극복했으며, 이는 세포의 본질과 관련이있을 수 있습니다. 이론적으로는 새로운 배반포가 파괴되지 않아도 연구자들이 접근하기에는 결코 부족하지 않을 것임을 의미합니다.

WiCell과의 Ludwig는 Thomson의 5 가지 독창적 인 줄기 세포주가 은행에서 가장 인기가 있다고 말했다.

“그들은 일종의 줄기 세포의 에너자이저 버니와 비슷합니다. 그들은 단지 계속 가고 있습니다.”라고 Ludwig는 말했습니다.

또 다른 요인은 2006 년에 또 하나의 과학적 돌파구 였는데, 다시 한번 일본인 과학자 신야 야마나카 (Shinaya Yamanaka)뿐만 아니라 톰슨의 첫 번째 성공적인 유도 만능 줄기 세포, 즉 iPSC에 의해 다시 한번 돌파되었습니다. 이들은 배반포의 파괴를 필요로하지 않는 세포였다. 대신, 이들은 피부와 같은 성인으로부터 다른 곳으로 취한 세포가 배아와 유사한 줄기 세포 상태로 되돌아 가도록 강요되었다.

오늘날 여론 조사에 따르면 대다수의 미국인들은 배아 줄기 세포를 사용하여 연구를 수행 할 때 장점이 있다고합니다. Charo는 1970 년대 후반에 처음 발생한 이래로 사람들이 체외 수정을 받아들이는 방식과 유사하게 줄기 세포 요법이 어떻게 삶을 바꿀 수 있는지에 대한 이해가 높아져서 태도가 바뀔 수 있다고 생각합니다.

Charo는“딸들이 IVF를 사용했기 때문에 조부모 인 사람들이 너무 많습니다. "한 번 IVF에 익숙해지면 배아 줄기 세포에 익숙해 질 수 있습니다."

'시행 착오'

오늘날,이 분야는 초기의 획기적인 발전 이후 먼 길을 왔습니다.

우선, 연구자들은 줄기 세포를 다양한 성인 세포 유형으로 만드는 방법을 알아낼 수있었습니다. 신경, 혈관 및 망막 조직을 포함하여 많은 차별화 된 돌파구가 대학에서 이루어졌습니다.

Morgridge Institute for Research의 연구원 인 Dave Vereide에 따르면, 세포 분화는 종종 단백질, 분자 및 배양 조건의 서로 다른 혼합물을 시도하는 과정에서 시행 착오를 거쳤다 고 지적합니다.

“우리는 요리 책이 없었습니다. 모두 시행 착오였습니다. 그러나 이제 요리 책은 매우 빨리 채워지고 있습니다.”라고 Vereide는 말했습니다.

그는 또한 줄기 세포로 작업 할 때 연구원들이 사용하는 기본 프로세스와 도구도 향상되었다고 지적했다.

“Jamie가 처음 배아 줄기 세포를 분리했을 때, 그 상태는 효과가 있었지만 거의 겨우 없었습니다. 세포는 자발적인 분화가 발생하기 쉬우 며 ... 우아한 시스템이었다”고 말했다.

“이제 세포는 매우 아름답고 깨끗하게 자랍니다. 모든 것이 정의되어 있으므로 마지막에있는 모든 구성 요소를 알고 있습니다. 정말 놀랍습니다.”

Vereide는 Morgridge Institute의 James Thomson에 의해 재생 생물학 팀을 이끌고 있습니다. 이 연구팀은 줄기 세포로부터 혈관 조직을 개발하기 위해 노력하고 있으며, 중요한 연구 분야 인 Vereide는 미국에서 널리 퍼지고 치명적인 심혈관 질환이 어떻게 진행되는지 고려하고 있다고 말했다.

다른 UW 연구자들은 전체 기관이 아니지만 이식하기에 충분히 큰 조직을 대량으로 개발했습니다. SCRMC 책임자 인 Kamp는 병에 걸리거나 손상된 심장을 고치는 데 사용할 수있는 3 차원 조직 패치를 개발하는 연구 프로젝트의 일부입니다. 캄프 (Kamp)와 그의 동료 연구원들은 패치를 바이오 엔지니어링하고 돼지 피험자에 대해 테스트하여 향후 인간 실험의 길을 열어 줄 것입니다.

Kamp는 조직과 장기의 발달에 대한 도전은 부정적인 면역 반응과 같은 문제의 위험을 최소화하면서 안전하게 이식하는 방법을 알아낼 것이라고 설명했다.

"사람들은 최소한의 위험으로 몸에 세포 제품을 받아들이는 방법을 모색하고있다"고 그는 말했다.

Kamp와 같은 보완 연구원은 실제 시험을 수행하는 임상 의사입니다.

UW 매디슨 심장병 전문의 인 아미쉬 라발 (Amish Raval)은“회생 의학이 작동하는 방식은 캄프 박사와 같은 사람들이 이러한 요법이 어떻게 작용할 수 있는지에 대한 메커니즘을 이해하도록하는 것입니다. "이제 임상 번역 과학자 인 나 같은 사람이 있습니다."

Raval은 UW 병원에서 CardiAMP 라고하는 심부전을 해결하는 줄기 세포 요법에 대한 5 년의 임상 시험 중 입니다. 치료에는 성인 골수 세포를 환자의 심장에 주사하는 것이 포함됩니다.

라발은이 치료법이 포드 모델 T와 유사하다고 말했다. 그는 앞으로 몇 년 안에 훨씬 더 진보 된 치료법으로 대체 될 것이라고 말했다.

"이것은 우리가 혁신적인 경로에 가까워 질만큼 충분히 성숙했습니다"라고 그는 말했습니다.

공공에서 개인으로

이 분야에서 일하는 동일한 연구원들 중 다수는 학자 일뿐만 아니라 기업가이기도합니다.

Kamp와 최초의 공동 설립자들은 Fujifilm이 2015 년 약 3 억 8 천만 달러에 인수 한 후 더 이상 회사와 공식적인 유대 관계를 갖지 않습니다.

그런 다음 줄기 세포 유래 신경 세포를 제약 회사에 판매하는 회사 인 BrainXell과 같은 시장에 새로운 참가자가 있습니다. 이 회사는 2016 년 UW-Madison 캠퍼스의 Waisman Center에서 신경 과학 및 신경학과 교수 인 Su-Chun Zhang과 뇌 세포를 분화하는 선구자 인 UW-Madison의 연구원 팀에 의해 공동 설립되었습니다. 줄기 세포. 이 회사는 8 명의 직원이있는 University Research Park 건물에 비교적 겸손한 실험실 제품군을 보유하고 있습니다.

 회사의 프로젝트 관리자 인 마이클 헨드릭슨 (Michael Hendrickson)은“목표는 과장된 것이 아니라 줄기 세포와 신경 교종의 세계 최고의 공급 업체가되는 것입니다.

UW는 캠퍼스 내 줄기 세포 연구를 상용화 한 10 개 이상의 회사를 확인했습니다. 경제 지도자들은이 회사들이 작은 경제 클러스터를 구축하는 데 도움을 주었다고 말합니다.

“브랜딩은 새로운 경제 발전이라고 점점 더 많은 사람들이 말합니다. 그 지역에 관한 이야기입니다.”그레이터 매디슨 상공 회의소 회장 인 잭 브랜든은 말했습니다.“이것은 세금 인센티브 나 그 밖의 할 수있는 것보다 더 중요합니다. 사람들이 그것을 인식하는 방식과 그들이 당신을 믿는 것입니다. 줄기 세포는 Madison을 미국에서 가장 지배적 인 줄기 세포 기반 도시 중 하나로 정의합니다.”

캄프 (Kamp)와 민간 부문에 들어간 사람들은 생명 공학 회사를 만드는 것이 단순히 돈을 버는 것이 아니라고 말합니다. 학계 연구를위한 자금이 제한되어 있기 때문에 때로는 줄기 세포의 잠재력을 깨닫기 위해 상업으로 전환해야 할 필요가 있습니다.

“연구는 실험실에서 재미 만있는 것이 아닙니다. 당신은 이것을 사람들과 전체 인구에게 의미있는 영향을 미치기를 원합니다.” "그 중 일부는 학업 환경에서 실현하기가 어렵습니다."

줄기 세포 치료 기술 회사 인 Cellular Logistics의 공동 설립자 인 Raval도 이에 동의합니다.

"우리는 NIH가 우리를 데려 갈 수있는 곳이 너무 많은 시대에 있습니다." "우리는 보급 산업이 필요합니다."

'과대 광고와 희망'

많은 연구원들이 산업의 역할을 칭찬하는 한편, 클리닉 중 일부 나쁜 배우의 도전을 지적합니다. 관찰자와 규제 기관에 따르면, 미국 전역에있는 수백 개의 영리 클리닉은 식품의 약국의 승인을받지 않았거나 그 효과를 뒷받침하는 증거가 충분하지 않은 줄기 세포 요법을 판매하고 있습니다.

UC-Davis 줄기 세포 학자 Knoepfler는 위스콘신의 2 개 병원을 포함하여 353 개의 클리닉을 2016 년 보고서에 포함시켰다. 클리닉 시장은 관절염에서 척추 상태에 이르는 모든 것을위한 줄기 세포 치료법입니다. Knoepfler는 그러한 회사가 마케팅 자료에서 안전에 관한 과다 약속과 같은 오도적인 진술을하는 것은 비정형적인 것이 아니라고 말했다.

그는 줄기 세포 클리닉에서 치료를 받고자하는 사람들에게“중고차를 구입할 때와 마찬가지로 회의적이어야한다”고 조언했다.

클리닉의 비평가들은 지난 몇 년 동안 엉망인 절차에 대한 경고 이야기를 지적합니다. 예를 들어, 뉴 잉글랜드 의학 저널 (New England Journal of Medicine)은 지난해 플로리다 클리닉에서 황반변 성 치료를받은 후 세 명의 여성이 눈이 멀었다 고보고했습니다.

캄프는 클리닉이“시도 할 권리”운동 내에서 수비수를 차지하고 있다고 언급했다. 그러나 그는 환자가 마지막 도랑 위험한 절차를 원하더라도 최소한이를 제공하는 진료소는 최소한 데이터를 수집해야한다고 말했다.

생명 윤리 학자 카로 (Charo)는 더 무뚝뚝한 일을하고있다.“시도하는 것도 옳지 않다. 그저 사기 일뿐입니다.”라고 그녀는 말했습니다.

그녀는 다음과 같이 덧붙였습니다.“항상 이러한 것들을 시도 할 권리가있었습니다. 아무도 누군가에게 시도 할 권리를 부인하지 않았습니다. 더 효과적인 것은, 회사가 효과적인 것으로 드러나기 전에 무언가를 판매 할 권리를 거부한다는 것입니다.”

Charo는 FDA가 그러한 클리닉에 대한 감독을 강화하기 위해 몇 가지 초기 단계를 밟았다 고 지적했다. 올해 초, FDA는 영구 금지 명령을 통해 FDA 승인이 부족한 마케팅 제품에서 2 개의 클리닉을 차단하려고했다.

현장의 다른 사람들은 현장에서 도전 할 수있는 것은 뱀 오일 만이 아니라고 말합니다. 때로는 대중의 인식과 기대이기도합니다.

루드비히 박사는 시장에서 FDA 승인 줄기 세포 요법의 부족으로 줄기 세포가 약속을 지키지 못했다는 이야기를 자주 접한다고 말했다.

“과대 광고와 희망은 과학보다 조금 앞서있었습니다. 사람들은 내일 이식에 사용할 수있는 물질이있을 것으로 예상했다. 그것은 재생 생물학이 작동하는 방식이 아닙니다.”라고 그녀는 말했다.

Ludwig에 따르면, 20 년 이내에 임상 시험을 진행하는 데 아무런 변화가없는 분야는 그 자체로 성취 된 것입니다. 또한 그녀는 재생 의학 이외의 줄기 세포 연구에서 많은 결과가 나왔다고 밝혔다.

“그들은 시장에 더 안전하고, 저렴하며, 더 빨리 마약을 받고 있습니다. 아무도 그것에 초점을 맞추지 않습니다.”라고 그녀는 말했다.

Vereide는 대중의 기대를 평가하는 것이 중요하다는 데 동의했습니다. 그럼에도 불구하고, 재생 의학에 관해서는, 그는 앞으로 흥미로운 시간을 기대합니다.

"매우 특별한 상태를 치료하기 위해 하나 또는 두 개의 세포 유형을 제공하는 첫 번째 치료법이있을 것"이라고 그는 말했다. “다음 물결은 더 구조화 된 것, 장기에 더 가까운 것입니다. 더 복잡합니다. 이를 위해서는 더 많은 엔지니어링 기술이 필요합니다. 그러나 우리는 거기에 갈 것이다.”

그것은 의학과 인간 유전학을 형성 할 수있는 다른 생물학적 발달의 영향을 고려하지 않습니다. 그는 유전자 편집을 예로 들었습니다. 언젠가 사람들은 외상을 해결하기 위해 암 저항성 세포 이식을받을 수 있습니다.

"20 년이 지났지 만, 우리는 이러한 다른 기술의 표면을 긁고 있습니다."

캄프는 유전자 편집과의 교차가 중요하다는 데 동의했다. 그는 줄기 세포 연구와 혁신을 위해 어떤 일이 벌어지고 있는지 알기가 어렵다고 말했다.

“우리는이 시대의 재생 의학의 시작에 불과합니다.”라고 그는 말했다. "아직해야 할 일이 너무 많습니다."