생명연구원, 인간 소장과 유사한 '장기 유사체' 성숙화 기술 개발

줄기세포 3차원 분화기술의 미성숙 문제 해결

【대전=뉴시스】김양수 기자 = 한국생명공학연구원 손미영 박사팀의 연구성과가 실린 네이쳐 커뮤니케이션(Nature Communications)지의 지난 2일자 온라인판.2018.08.09(사진=한국생명공학연구원 제공)  [email protected]

【대전=뉴시스】김양수 기자 = 국내 연구진이 인간의 소장과 유사한 오가노이드(장기 유사체)를 체외에서 배양해 인체와 유사한 수준으로 성숙화시킬 수 있는 기술을 개발했다.

한국생명공학연구원은 손미영 박사 등 줄기세포연구팀이 인간 전분화능 줄기세포로부터 새로운 3차원 분화기술을 적용해 인간 장관 오가노이드의 체외 성숙화(in vitro maturation) 기술을 세계 최초로 보고했다고 9일 밝혔다.

이 기술은 줄기세포로부터 분화된 세포들이 갖는 미성숙의 문제를 해결한 첫 성과로 인체유사모델 개발기술의 수준을 높였다는 평가속에 '네이처 커뮤니케이션'(Nature Communications)지 온라인판에 지난 2일자로 게재됐다. 논문명은 'Interleukin-2 induces the in vitro maturation of human pluripotent stem cell-derived intestinal organoids'이다.
 
손 박사 연구팀은 3D 분화기술을 이용, 인간 전분화능 줄기세포로부터 인간의 장관(intestine)과 유사한 세포 구성과 3D 구조를 가지고 있는 장기 유사체(오가노이드)를 제작했다.

인간의 몸을 구성하는 전분화능 줄기세포(pluripotent stem cells)는 전분화능(pluripotency)과 자기재생능력(self-renewal)을 가진다. 크게 배아의 내세포집단에서 분리한 배아줄기세포와 유도만능 줄기세포로 구분된다.

장관 오가노이드(Intestinal organoids)는 줄기세포로부터 장 특이적 세포로 분화한 세포를 3차원 배양을 통해 다시 응집, 재조합시켜 만든 장관 장기 유사체를 말한다.

연구팀에 따르면 인간 장관 모사 모델로 정확한 약물반응이나 질환표현형을 재현하려면 인체와 유사한 수준의 성숙된 장관 오가노이드가 필요하지만 지금까지 이 난제를 극복한 기술은 보고되지 않고 있다.

인간 전분화능 줄기세포로부터 장관 오가노이드의 분화기술은 지난 2011년 보고된 적이 있었으나 이 모델은 미성숙한 태아의 장관 특성을 가지며 유전자 및 단백질 발현뿐만 아니라 기능적 측면에서도 성숙한 장관에 미치지 못하는 불완전한 모델이라는 한계가 있었다.

 이에 따라 손 박사 연구팀은 인체 장내 환경을 모사키 위한 면역세포와 공배양(Co-culture) 전략을 통해 장관 오가노이드의 성숙화가 가능함을 확인했고 성숙에 기여하는 핵심인자 및 기전을 규명해냈다.
 
또 연구팀은 인간 장관의 발달과정을 모사해 줄기세포에 여러 면역인자(사이토카인)를 처리해서 전분화능 줄기세포, 내배엽세포(Definitive endoderm, DE), 후장 스페로이드(Hind gut spheroid, HG)의 분화 단계를 거쳐 3D 배양을 통해 장관 오가노이드의 제작기술을 구축했다.

이번 연구성과는 기존 장기 유사체와 비교해 성숙한 소장에서 보이는 특이적 지표 유전자 및 단백질 발현 패턴을 보일 뿐만 아니라 성체 장기(소장)의 기능성 재현이 가능함을 보여줬다.

특히 인간 전분화능 줄기세포-유래 오가노이드 체외 성숙화 기술을 세계 최초로 개발하고 이에 대한 기술 실효성까지 입증, 가치가 높다.
 
생명연구원 줄기세포연구센터 손미영 박사는 "최근 줄기세포 연구분야에서 가장 어려운 연구목표는 인체와 좀 더 유사한 성숙한 분화세포나 오가노이드 모델을 구축하는 것"이라며 "이번 체외 성숙 고기능성 장관 오가노이드는 세계 최고 수준의 기능성 인간 장관 모델로 정확한 인체반응 예측을 통해 신약개발 과정에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

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