배경: 세포 치료는 혈관신생을 촉진하는 유망한 접근으로 부상했으나, 그 효과는 대부분 모세혈관 수준에 제한된다. 더 크거나 더 안정적인 혈관을 생성하기 위해서는 평활근세포(SMCs) 또는 주위세포(pericytes)와 같은 벽세포(mural cells)의 층적 형성이 필요하다. 최근 SMC를 생성하기 위한 직접 재프로그래밍(direct reprogramming) 접근이 개발되었다. 그러나 이러한 방식으로 재프로그래밍된 SMC는 원래의 SMC 표현형인 수축성(contractile) SMC의 진정한 특성을 결여하므로, 생체 내에서의 치료 가능성과 혈관 형성 잠재성은 탐구되지 않았다. 따라서 본 연구는 사람 피부 진피 섬유아세포(human dermal fibroblasts)를 수축성 SMC(rSMCs)로 직접 재프로그래밍하고, 생체 내에서 벽세포로서의 역할과 허혈성 질환에서의 치료 효과를 규명하고자 하였다. 방법: 정해진 배양 조건 하에서 레티노산(retinoic acid) 처리를 통해 사람 진피 섬유아세포를 rSMCs로 직접 재프로그래밍하였다. 정량적 역전사 중합효소 연쇄반응(quantitative reverse-transcriptase polymerase chain reaction), 유세포분석(flow cytometry), 면역염색(immunostaining)을 통해 수축성 SMC로서의 표현형을 특성화하였다. 이어서 혈관수축제인 카르바콜(carbachol)을 사용하여 수축성을 평가하고, 투과전자현미경(transmission electron microscope) 및 벌크(bulk) RNA 시퀀싱을 통해 추가로 검토하였다. 다음으로, 레이저 도플러 관류 영상(laser Doppler perfusion imaging)과 조직학적 분석을 이용한 마우스 하지부 허혈 모델에서 rSMCs의 이식이 혈류를 개선하고 벽세포로서의 혈관 형성을 유도하는지 평가하였다. 또한 이들의 분비(패러크린) 효과(paracrine effects)도 규명하였다. 결과: 레티노산은 사람 진피 섬유아세포를 SMC로 효율적으로 재프로그래밍하였다. 이러한 rSMCs는 mRNA, 단백질 및 세포 수준에서 수축성 SMC의 특성을 보였다. 허혈성 마우스 하지에 rSMCs를 이식하면 혈류 회복과 혈관 수복이 향상되었고, 사지 보존(limb salvage)도 개선되었다. 조직학적 관찰에서는 혈관 밀도가 증가했으며, 이식된 rSMCs가 주위세포(pericytes)와 혈관 SMC로서 혈관벽에 통합되어 더 안정적이고 더 큰 미세혈관 형성에 기여함을 확인하였다. 정량적 역전사 중합효소 연쇄반응 분석 결과, 이식된 rSMCs는 허혈성 사지에서 혈관신생(angiogenic), 동맥형성(arteriogenic), 혈관 안정화(vessel-stabilizing) 및 조직 재생(tissue regenerative) 효과를 포함하는 다면적(pleiotropic) 작용을 나타냈다. 결론: 정해진 배양 조건 하에서의 레티노산은 사람 섬유아세포를 수축성이고 기능적인 SMC로 효율적으로 재프로그래밍하였다. rSMCs는 혈관 수복에 효과적이며, 벽세포 및 다양한 패러크린 효과를 통해 혈관신생에 기여하는 것으로 나타났다. 이러한 사람 rSMCs는 세포 기반 치료 및 연구를 위한 새로운 공급원으로 활용될 수 있다.

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