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줄기세포 유래 오가노이드 체외성숙화 기술 개발

입력 2018-08-09 15:42 수정 2018-08-09 15:42

바이오스펙테이터 장종원 기자

생명연, 3D 분화기술로 실제 소장과 유사한 오가노이드 제작 성공

국내 연구팀이 줄기세포로 만든 오가노이드를 체외에서 기능적으로 성숙시키는 기술을 개발했다. 줄기세포로부터 분화된 세포들이 갖는 미성숙의 문제를 해결한 최초의 성과로 인체유사모델 개발기술의 수준을 높였다는 분석이다.

한국생명공학연구원(생명연)은 9일 인간 전분화능 줄기세포에 단계별로 적절한 전사인자를 처리하는 방법으로 실제 소장과 유사한 성능을 가진 오가노이드를 제작하는데 성공했다고 밝혔다. 이번 연구결과는 지난 2일 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다.

오가노이드는 (줄기)세포를 배양하거나 재조합해서 만든 '미니 장기'를 말한다. 인체조직과 유사한 오가노이드는 질병 모델, 약물 스크리닝 플랫폼, 그리고 세포치료제 등 여러 응용분야에 활용될 것으로 기대를 받고 있다. 하지만 대부분의 오가노이드는 태아수준의 성숙도를 갖는다는 한계점이 존재한다.

생명연 연구팀은 3D 분화기술을 이용해 인간 전분화능 줄기세포로부터 인간의 장관(intestine)과 유사한 세포 구성과 3D 구조를 가지고 있는 장기 유사체(오가노이드)를 제작했다.

연구팀은 인체 장내 환경을 모사하기 위한 면역세포와의 공배양(Co-culture) 전략을 통해, 장관 오가노이드의 성숙화가 가능함을 확인했고 성숙에 기여하는 핵심인자 및 기전을 규명해 기술을 완성했다.

또한 연구팀은 인간 장관의 발달과정을 모사해 줄기세포에 여러 면역인자(사이토카인)를 처리해서 단계별로 전분화능 줄기세포, 내배엽세포(Definitive endoderm, DE), 후장 스페로이드(Hind gut spheroid, HG)의 분화 단계를 거쳐, 3D 배양을 통해 장관 오가노이드의 제작 기술을 구축했다.

연구팀은 이 기술로 제작된 성숙화된 장관 오가노이드는 장내 4대 세포인 흡수 세포(enterocyte), 배상 세포(goblet cell), 파네스 세포(paneth cell), 내분비세포(enteroendocrine cell)를 모두 내포하고 있으며 각각의 세포의 기능성을 대표하는 마커들을 발현하고, 세포수준의 표현형 분석과 기능성 분석을 통해 성인의 장관과 유사한 기능을 나타냄을 검증했다.

또한 실제 인간의 장관과 유사함을 검증하기 위해 세포수준에서의 기능성 검증을 실시했다. 성숙한 소장의 흡수세포의 약물 반응성(P-gp assay), 포도당 흡수 기능(Fluo-4AM assay), 그리고 장관 섬유증 질환 관련 단백질 발현과 기능 (CFTR assay)을 확인해 기존의 장관 오가노이드 모델보다 기능적으로 성숙함을 증명했다. 연구팀은 새로 제작한 소장오가노이드 속 세포들이 종류별로 제 기능을 할 뿐만아니라 이를 쥐에 이식하자 크기가 자라는 것도 확인했다.

연구를 수행한 손미영 박사는 “최근 줄기세포 연구분야에서 가장 어려운 연구목표는 인체와 좀 더 유사한 성숙한 분화세포나 오가노이드 모델을 구축하는 것”이라며 “이번 연구가 신약개발의 과정에 효과적으로 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

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