세포 또는 동물: 어떤 모델이 더 우수할까?

모델 시스템 개요

생물학 연구는 모델 시스템의 활용에 의존합니다. 사용하는 시스템의 유형은 연구 프로젝트의 범위와 제한 사항에 영향을 미칠 뿐만 아니라 비용, 시간 프레임, 실험 결과 해석에도 영향을 줍니다.

많은 분야에서 동물 모델과 배양 세포 중 어느 것이 더 우수한 모델 시스템인지에 대한 지속적인 논쟁이 있습니다. 물론 두 가지 모두 필요하며 각기 장단점이 존재하고, 일부 연구 목적에는 한 가지 유형의 모델 시스템만 적합한 경우도 있습니다. 본 글에서는 세포 모델과 동물 모델 간의 논쟁에서 제기되는 몇 가지 주요 사항에 대해 논의하겠습니다.

확장성(Scaling)

배양 세포 실험은 확장성이 매우 높습니다. 동물을 사용하는 것보다 더 많은 실험을 더 빠르게 수행할 수 있습니다. 예를 들어 잠재적인 항암제는 일반적으로 알려진 돌연변이를 보유한 수백 가지의 다양한 세포주로 구성된 대규모 패널에서 테스트됩니다¹. 이는 동물로는 실현 가능하지 않지만, 동물 모델은 여러 세포 유형으로 구성된 온전한 생리 시스템에서 동시에 테스트를 진행할 수 있다는 장점이 있습니다. 예를 들어 암이나 당뇨병 마우스 모델을 사용하면 한 마리의 동물에서 약물이나 다른 자극이 혈당, 신장 기능, 염증 등에 미치는 영향을 모두 연구할 수 있습니다.

시각화(Visualizing)

배양액에서 키운 세포는 표준 현미경을 사용하여 쉽게 관찰할 수 있으며, 현대 형광 표지를 사용하면 막 확산, 세포 접착, 신호 전달 및 기타 세포 과정을 분자 수준에서 이미징할 수도 있습니다. 이와 대조적으로 마우스와 랫트는 부피가 크고 불투명하기 때문에 생체 내에서 세포 활동을 관찰하기가 매우 어렵습니다^2,3. 하지만 현재 많은 세포 반응이 조직 내 세포 간 신호 전달에 의해 크게 영향을 받는다는 점이 밝혀졌으며, 이는 세포 배양 데이터의 유용성을 제한하는 요소입니다. 또한 새로운 기술을 통해 살아있는 조직 내 세포 및 분자 동역학 이미징이 점점 더 실현 가능해지고 있습니다^2,3. 특히 외식 배양 모델과 같은 중간 시스템은 복잡한 생체 내 세포 환경을 보존하면서 세포 배양 실험의 많은 이점을 제공합니다.

임상 적용 가능성(Translating)

설치류는 배양 세포보다 인간과 더 유사하다는 것은 명백한 사실이며, 이러한 이유로 동물 모델은 인간 건강과 더 관련성이 높은 생물학적 측면을 탐구하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어 종양 전이 또는 심장 질환 동물 모델은 이에 상응하는 배양 세포 모델이 전혀 존재하지 않습니다. 하지만 인간과 설치류의 생리가 동일하지 않으며 정교한 동물 모델에도 단점이 있을 수 있다는 점을 유의하는 것이 중요합니다.

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참고문헌

1. Marx V. (2014) Models: stretching the skills of cell lines and mice. Nat Methods. 11:617-20.
2. Timpson P, McGhee EJ, Anderson KI. (2011) Imaging molecular dynamics in vivo--from cell biology to animal models. J Cell Sci. 124:2877-90.
3. Zomer A, Beerling E, Vlug EJ, van Rheenen J. (2011) Real-time intravital imaging of cancer models. Clin Transl Oncol. 13:848-54.