다시 한번 중시해야 할 동물 모델- Rat
질병에 대한 적합한 동물 모델을 만드는 것은 기초 의학 연구에서 매우 중요한 연구 방법이며, 마우스(mouse)와 랫드(rat)는 질병 연구의 주력군이다. 마우스는 크기가 작고 비용이 저렴하며, 특히 배아세포가 상대적으로 안정적이어서 다양한 유전자 조작이 용이하다는 장점으로 인간의 유전자 기능을 해석하는 데 가장 중요한 모델이 되었다. 그러나 rat는 생리적, 형태적, 유전적으로 mouse보다 인간과 더 가깝기 때문에 생물 의학 및 임상 연구에 이상적인 모델이다. 또한 rat 는 몸집 및 장기 크기가 크기 때문에 multiple sampling뿐만 아니라 in vivo 전기생리학, 신경외과 및 신경영상촬영 절차를 용이하게 한다. 따라서, rat 모델은 독성학, 기형학, 내분비학, 종양학, 신경학, 실험노인학, 심혈관 연구, 치과 연구 및 실험 기생충학 등에 널리 사용된다. 다음으로, 마우스와 랫드의 차이점이 무엇인지, 이러한 차이로 인해 어떤 연구 분야에서 랫드를 선택하는 것이 더 적합하는지에 대해 중점적으로 살펴볼 것이다.
마우스(mouse)와 랫드(rat)의 유전적 및 생리학적 차이
우선 인간과의 유사성 면에서는 마우스, 랫드와 인간의 진화적 차이는 매우 작지만 어떤 측면에서 랫드는 인간에 더 가깝다. 예를 들어 마우스의 심박수는 600bpm에 달할 수 있고 랫드의 심박수는 약 300bpm으로 낮아져 인간의 70bpm에 더 가깝다. 게놈별로는 마우스 게놈은 26억 쌍, 랫드 게놈은 27억5000만 쌍으로 29억 쌍의 인간 게놈에 더 가깝다. 또한, 마우스의 염색체는 20쌍이며, 랫드와 인간은 각각 21쌍과 23쌍의 염색체를 가지고 있다.
SD 랫드와 C57 마우스는 생물의학 연구(특히 신경생물학 연구)에서 가장 많이 사용되는 랫드와 마우스의 strain이다. 최근 연구에 따르면 유전자 칩 기반 분석을 통해 검출된 유전자 10,833개 중 4713개가 랫드와 마우스의 해마 뉴런 수상돌기에서 발현 차이가 있는 것으로 나타났다. 또한 유전자 칩 기술을 사용하여 해마 뉴런을 연구하면 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 마우스 strain인 C57BL/6과 Balb/c 간에 단 54 개의 유전자만 다르게 발현되며, 행동(특히 학습과 기억)에서 해마체의 중요성을 고려할 때, 이 발견은 랫드와 마우스 사이의 행동 차이를 잘 보여준다. 마찬가지로 연구진은 랫드와 마우스의 다른 조직(심장, 골격근, 창자 등 포함)을 비교했으며, 이러한 조직의 차이도 크지만 해마체에서의 차이보다 훨씬 덜 분명하다. 이것은 우리가 랫드와 마우스 사이의 실험 결과의 차이에 주의를 기울이도록 상기시키기에 충분하다. 랫드와 마우스의 가장 큰 차이점 중 하나는 크기와 체중인데, 성체 랫드(adult rats)의 몸무게는 성체 마우스(adult mice)의 약 8~10 배이며, 체형면에서 과학 연구에 미치는 영향에 대해서는 장단점이 있다.
랫드는 어떤 연구 분야에 더 적합할까?
- 랫드는 심혈관 질환, 특히 뇌졸중 및 고혈압을 연구하는 데 탁월한 모델이다.
- 랫드 유방암 모델은 조직 병리학에 대한 호르몬 반응이 있고 인간 질병에 더 가까운 전암 단계를 가지고 있기 때문에 마우스 모델보다 낫다.
- 랫드는 인간 생식 역학 연구의 주요 모델이다.
- 당뇨병 모델에서 랫드 모델은 질병을 변화시키는 환경적 요인(독소, 스트레스, 음식, 백신 접종)의 능력을 포함하여 몇 가지 중요한 측면에서 인간에 더 가깝다.
- 퇴행성 질환의 경우 Pink1 및 DJ-1 Knock-Out Rat는 8월령 때 중뇌의 흑질에서 도파민 뉴런의 50% 이상의 손실을 보였으며, 이는 마우스의 표현형이 뚜렷하지 않은 것에 비해 유전자 편집 랫드 모델이 파킨슨병 치료에 더 많은 희망을 주었다. 또한, 유전자 편집 동물 모델에서 도파민 뉴런의 손실이 발견된 것은 이번이 처음이다. 동시에, 이 랫드들은 운동 뉴런 기능을 측정하는 행동학적 실험에서 증상을 보였다.
- 마우스는 행동학적으로 일관성이 좋지 않고, 일반적으로 각 그룹의 마우스 수가 랫드수의 1.5 배인 경우이어야만 상대적으로 신뢰할 수있는 결과를 얻을 수 있다. 랫드는 마우스보다 똑똑하고 학습 및 기억 실험에서 더 잘 수행하므로 약물이 랫드에 미치는 영향도 더 분명하다. 통증 연구에서 랫드는 마우스에서 흔히 볼 수 있는 불안으로 인한 통증 마비가 쉽게 발생되지 않으며, 실제로 통증과 관련된 문헌에서 보통 다 랫드로 실험을 수행한다.
- 과거의 전임상 연구는 마우스 실험에서 약물의 유효성을 확인한 후, 인체에 대한 임상적 안전성 테스트를 수행하기 전에 랫드에서 약물의 안전성을 한 번 더 검증해야 한다. 이는 랫드의 안전성 데이터가 역사적으로 많이 축적되고 강력한 참조가 될 수 있기 때문이다. 랫드에 대한 유전자 조작이 성숙된 후 연구자들은 랫드에서 유효성과 안전성을 직접 동시에 테스트 할 수 있어 시간을 절약할 수 있다.
- 랫드의 큰 체형은 많은 실제적인 이점을 제공하며, 특히 외과수술과 척수손상 연구에서 랫드 모델은 큰 전환 가치를 가지고 있다. 또한, 장기 및 조직 영상연구에서 마우스보다 유리하다.
최근 몇 년 동안 의학 연구 분야에서 전임상에서 임상으로 전환하는 과정에서 마우스에 의한 많은 연구가 실패로 끝나면서 사람들은 인간의 질병과 더 관련이 있는 동물 모델이 필요한지에 대한 고뇌를 하게 된다. 이러한 상황에서 과학자들은 다시 랫드에 눈길을 주었다. 이는 새로운 동물 모델을 개발하는 데 엄청난 시간과 자금 투입이 필요하고, 랫드가 사람들의 "오래된 친구"로 유전자 편집 시대에 그의 잠재력은 아직 완전히 활용되지 않았기 때문이다.
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