2016년에 심장마비를 겪은 후 심각한 심부전이 생긴 46세 여성은 심장이 신체의 필요를 충족할 만큼 효율적으로 혈액을 펌핑할 수 없는 상태였다. 이 여성은 심장 이식을 기다리는 중 임상 시험의 일환으로 실험적 줄기세포 수술을 받았다.
여성의 심장에는 실험실의 줄기세포에서 자란 작은 심장 근육 세포 패치가 이식됐다. 각각 약 4억 개의 심장 세포로 구성된 이 10개의 패치 덕에 여성은 3개월 후 심장 이식을 받을 때까지 안정적으로 지낼 수 있었다.
독일 괴팅겐대 의료 센터의 연구진은 유도 다능성 줄기세포(iPSC)로 알려진 줄기세포에서 심장 조직을 성장시켰다. 정상적인 성체 세포를 수집한 다음 다시 다능성 상태로 재프로그래밍해 만든 iPSC를 심장 근육 세포와 결합 조직으로 발달시키도록 했다. 그런 다음 생성된 조직을 콜라겐과 혼합해 심장 표면에 이식할 수 있는 작은 패치를 만들었다.
연구진은 먼저 심부전이 있는 원숭이에게 패치를 테스트했다. 원숭이에게 테스트한 패치는 원숭이 줄기세포로 배양했다. 6개월 후, 패치 치료를 받은 원숭이는 심장벽이 두꺼워져 치료받지 않은 원숭이 그룹보다 심장 박동당 최대 10% 더 많은 혈액을 펌핑할 수 있었다.
패치 수술 동안 원숭이들은 모두 면역 억제제를 투여받아 면역 체계가 이식편을 거부하는 것을 막았다. 또 종양이나 불규칙한 심장 박동을 보이는 원숭이는 없었다.
원숭이 실험의 성공으로 인간 자원봉사자를 대상으로 실험이 가능해졌고, 그중 한 명이 46세 여성이었다. 여성이 심장 이식을 받은 후, 연구자들은 그녀의 오래된 심장을 검사했고 이식된 패치가 미세한 혈관으로 성장한 것을 확인했는데, 이는 신체에서 혈액과 산소를받고 있음을 나타낸다.
심장 외과 의사이자 연구 공동 저자인 잉고 쿠츠카 박사는 "이제 우리는 처음으로 실험실에서 배양한 생물학적 이식물을 사용할 수 있게 됐는데, 이는 심장 근육을 안정화하고 강화할 수 있는 잠재력이 있다"라고 말했다.
피부 세포와 같은 많은 세포 유형과 달리 심장 근육 세포는 심장 마비와 같은 손상으로 인해 손상되면 쉽게 재생되거나 스스로 복구할 수 없다. 미국 질병통제예방센터(CDC)에 따르면 이러한 심장 손상은 심부전으로 이어질 수 있으며, 미국에서 20세 이상의 성인 약 670만 명이 심부전에 시달리고 있다. CDC는 심부전이 2022년 미국에서 45만 건 이상의 사망 증명서에 기여 또는 주요 사망 원인으로 기재됐다고 보고했다.