알츠하이머 병과 과학에 있어서 과학은 지는 편이다. 알츠하이머는 가장 교활한 방식으로 잔인하다. 이 장애는 일부 노화된 뇌에서 점차적으로 생각하고 추론하는 능력을 앗아가며 기억과 현실에 대한 이해를 떨어뜨린다. 세계 인구가 고령화됨에 따라 알츠하이머 병은 충격적인 속도로 추악한 머리를 키우고 있다. 수십 년의 연구에도 불구하고 치료법은 말할 것도 없고 치료법이 없다.

국립보건원 (NIH)도 이에 동의한다. 생물학 분야에서 가장 야심 찬 프로젝트 중 하나에서 NIH는 알츠하이머 병과 줄기세포 연구자들을 모아 사상 최대 규모의 게놈편집 프로젝트에 참여하고 있다.

아이디어는 간단하다. 수십 년간의 연구에서 알츠하이머 및 기타 치매의 가능성을 높이는 특정 유전자를 발견했다. 숫자는 수백 개가 넘는다. 각각이 서로 연결되거나 영향을 미치는 방식을 파악하려면 개별 실험실에서 수년간의 연구가 필요하다. 과학자들이 단결하여 공유된 자원을 활용하여 처음에 알츠하이머가 발생하는 이유를 집단적으로 해결하면 어떨까?

이 이니셔티브의 비밀 무기는 유도 만능 줄기세포 또는 Ipsc이다. 대부분의 줄기세포와 유사하게, 그들은 원하는 경우 세포 지니와 같은 어떤 것으로도 변형할 수 있다. iPSC는 피부 세포와 같은 일반 성인 세포에서 다시 태어난다. 그러나 뇌 세포로 변형되면 기증자의 원래 유전자를 지니고 있다. 즉, 원래 사람의 유전적 유산 (예: 처음에 알츠하이머에 걸릴 가능성)을 지니고 있다. 다시 태어난 줄기세포에 알츠하이머 관련 유전자를 도입하고 그들이 어떻게 행동하는지 관찰하면 어떨까?

이러한 iPSC를 연구함으로써 우리는 알츠하이머 및 기타 치매의 유전 적 원인으로 이어지는 단서를 추적할 수 있으며, 유전자 치료법이 이를 싹에서 싹쓸이할 수 있는 길을 닦을 수 있다.

iPSC 신경 퇴행성 질환 이니셔티브 (iNDI)는 바로 그렇게 하기 위해 설정되었다. 이 프로젝트의 목표는 "이러한 질병에 대한 개선된 치료 및 예방 개발로 이어질 연구를 촉진, 가속화 및 지원"하는 것이다. 모든 결과 데이터 세트는 누구나 채굴하고 해석할 수 있도록 온라인에서 공개적으로 공유된다.

평범한 언어로 설명하자면 CRISPR을 최전선에 두고 있는 우리의 모든 새로운 생명 공학 슈퍼스타를 알츠하이머 병에 대한 공동 노력에 투입하여 마침내 우위를 점한다. 그것은 우리 자신의 마음을 내부에서 파괴하려는 우리의 가장 힘든 적 중 하나를 향한 "어벤져스가 모이는"순간이다.

침묵의 적

알츠하이머 병은 1900년대 초에 처음 발견되었다. 그 이후로 과학자들은 뇌를 낭비하게 만드는 원인을 찾기 위해 노력해 왔다.

오늘날 가장 눈에 띄는 아이디어는 아밀로이드 가설이다. 유령이 점점 더 잊혀 지지 않는 유령이 있는 유령의 집에서 공포 영화를 상상해보라. 이것이 바로 아밀로이드 공포이다. 단백질이 점차 조용히 뉴런인 "집"내부에 축적되어 결국에는 정상적인 기능을 잃고 내부의 모든 것이 죽게 된다. 후속 연구는 또한 내부의 분자 테넌트를 점진적으로 중독시키는 뉴런 "집"외부에 있는 다른 독성 단백질을 발견했다.

수십 년 동안 과학자들은 이 유령을 이길 수 있는 최선의 접근 방식이 "엑소시즘", 즉 이러한 독성 단백질을 제거하는 것이라고 생각했다. 그러나 실험 후 실험에서 그들은 실패했다. 알츠하이머 치료 실패율 (지금까지 100%)로 인해 일부 사람들은 치료 노력을 "꿈의 묘지"라고 부르게 되었다.

새로운 아이디어가 필요하다는 것은 분명하다.

CRISPR 입력

몇 년 전, 두 명의 핫 샷이 마을로 들어왔다. 하나는 유전자 한두 개 (또는 그 이상)를 자르거나 삽입하거나 교체할 수 있는 천재 유전자 명사수인 CRISPR이다. 다른 하나는 유도 만능 줄기세포인 iPSC로, 성체 세포에서 화학 욕조를 통해 "재생"된다.

두 가지가 함께 접시에 치매 2.0을 모방할 수 있다.

예를 들어, 과학자들은 CRISPR을 사용하여 알츠하이머 또는 그 보호와 관련된 유전자를 건강한 기증자나 치매 위험이 높은 사람의 iPSC에 쉽게 삽입하고 어떤 일이 발생하는지 관찰할 수 있다. 뇌 세포는 단백질과 다른 분자가 주위를 윙윙 거리는 윙윙 거리는 대도시 지역과 같다. 예를 들어, 친 알츠하이머 유전자를 추가하면 대량으로 트래픽을 차단할 수 있으며, 과학자들은 이러한 유전자가 더 큰 알츠하이머의 그림에 어떻게 부합하는지 알아낼 수 있다. 영화 애호가들에게는 고질라 유전자와 킹콩 유전자를 세포에 추가하는 것과 같다. 둘 다 일이 엉망이 될 수 있다는 것을 알고 있지만, 세포에서 일어나는 일을 관찰해야만 확실히 알 수 있다.

iPSC가 발명된 이후로 개별 연구소에서 접근 방식을 시도했지만 문제가 있다. iPSC는 사람의 유전적 '기준'을 상속하기 때문에 다른 실험실의 과학자들이 유전자가 알츠하이머를 유발하는지 또는 기증자의 특정 유전적 구성 때문에 우연인지 평가하기가 정말 어렵다.

새로운 iNDI 계획은 모든 것을 표준화하려고 한다. CRISPR을 사용하여 알츠하이머 및 관련 치매와 관련된 100개 이상의 유전자를 다양한 인종적으로 다양한 건강한 기증자의 iPSC에 추가한다. 그 결과 알츠하이머 병으로 이어질 수 있는 돌연변이를 지닌 복제된 세포의 전체 라이브러리로 이어지는 거대한 게놈 공학 프로젝트가 탄생했다.

즉, 알츠하이머 병 환자의 세포를 연구하는 것이 아니라 장애에 기여할 수 있는 유전자를 주입하여 정상적이고 건강한 뇌 세포에 알츠하이머 병을 주입하도록 노력해야한다. 유전자를 소프트웨어 코드로 본다면 유전자 편집을 통해 잠재적으로 알츠하이머를 유발하는 코드를 해당 세포에 삽입할 수 있다. 프로그램을 실행하면 뉴런이 어떻게 작동하는지 관찰할 수 있다.

이 프로젝트는 두 단계로 나뉜다. 첫 번째는 CRISPR로 편집된 대량 공학 세포에 중점을 둔다. 두 번째는 이러한 결과 세포를 철저히 분석하는 것이다. 예를 들어 유전학, 유전자가 활성화되는 방식, 운반하는 단백질의 종류, 단백질이 상호 작용하는 방식 등이 있다.

"잘 특성화되고 유전적으로 다양한 iPSC 세트에서 질병을 유발하는 돌연변이를 엔지니어링 함으로써 이 프로젝트는 실험실 전체에서 데이터의 재현성을 보장하고 치매의 자연적 변이의 영향을 조사하도록 설계되었다."고 Jackson Laboratory의 세포 공학 책임자이자 프로젝트의 리더인 Bill Skarnes 박사는 말했다.

알츠하이머 병에 대한 망치

iNDI는 최근의 생명공학 발전을 통해서만 가능한 이니셔티브이다. 알츠하이머와 관련된 수백 개의 세포를 엔지니어링하고 전 세계 과학자들과 공유하는 것은 불과 20년 전만해도 꿈이었던 일이었다.

명확히 말하면 이 프로젝트는 개별 셀만 생성하는 것이 아니다. CRISPR을 사용하여 세포주를 만들거나 다음 세대로 전달할 수 있는 알츠하이머 유전자를 가진 전체 세포 계통을 만든다. 이것이 그들의 힘이다. 전 세계의 실험실과 공유하여 장애에 가장 큰 영향을 미칠 수있는 유전자를 더 자세히 연구할 수 있다. iNDI의 2단계는 이러한 세포의 내부 작용을 파헤쳐서 유전자와 단백질의 작동 방식에 대한 시트인 "치트 코드"를 생성한다는 점에서 훨씬 더 강력하다.

이 프로젝트는 함께 치매에 영향을 줄 수 있는 유전자를 갖춘 알츠하이머 관련 세포의 세계를 구축하기위한 노력을 다하고 있다. “이러한 유형의 통합 분석은 어느 누구도 혼자서 배울 수 없다는 흥미롭고 실행 가능한 발견으로 이어질 가능성이 높다.”고 저자는 썼다. 알츠하이머 및 관련 질병을 "진정으로 이해할 수 있는 최고의 기회"와 "유망한 치료 가능성"을 제공한다.