코로나19 감염기전 규명…사람 3D 폐포 배양기술 활용

KAIST 등 3차원 미니 폐포로 코로나19 감염 모델 확립

코로나19 노출 뒤 6시간 내 급속한 바이러스 증식 확인

면역반응 활성화는 2~3일 지나야, 치료제 개발에 탄력

[대전=뉴시스] 인체 폐포 구조와 기능을 3차원적으로 재현한 배양기술과 코로나19 감염 전후의 인체 폐세포 분석 요약도.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내연구진이 공동연구를 통해 실험실에서 3차원으로 키운 사람의 폐포(허파꽈리)에 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 바이러스를 배양시켜 코로나19 감염기전을 규명해 냈다.

KAIST는 의과학대학원 주영석 교수 연구팀이 인간의 폐포세포를 실험실에서 배양할 수 있는 3D 미니 장기기술을 개발하고 이를 활용해 코로나19가 인간의 폐 세포를 파괴하는 과정을 규명하는데 성공했다고 26일 밝혔다.

이번 연구는 영국 케임브리지대학 이주현 박사를 비롯해 국립보건연구원 국립감염병연구소 최병선 과장·기초과학연구원(IBS) 고규영 혈관연구단장(KAIST 의과학대학원 교수)·서울대병원 김영태 교수, KAIST 교원창업기업인 ㈜지놈인사이트가 공동으로 진행했다.

코로나19 치료제 개발에 탄력을 줄 것으로 예상되는 이번 연구 결과는 줄기세포 분야 세계적인 학술지 'Cell Stem Cell' 온라인판에 지난 22일 실렸다.(논문명:Three-dimensional human alveolar stem cell culture models reveal infection response to SARS-CoV-2)

 코로나19는 생쥐 모델에 감염시키기가 어렵고 특히 실험실에서 사용할 수 있는 폐 세포 모델은 존재하지 않기 때문에 직접적인 감염 연구에 한계가 있다.

이에 따라 공동연구팀은 실험실에서 사람의 폐 세포를 이용, 코로나19 등 각종 호흡기 바이러스의 질병 기전을 연구할 수 있도록 지속적으로 배양이 가능한 3차원 인간 폐포 모델을 새롭게 구현했다.

[대전=뉴시스] 왼쪽부터 KAIST 주영석 교수, 케임브리지 대학 이주현 박사, 국립보건연구원 최병선 과장, IBS 고규영 혈관연구단장, 서울대학교병원 김영태 교수.

사람의 폐 조직을 6개월 이상 장기간 안정적으로 3차원 배양할 수 있는 조건을 알아내 3D 폐포 모델을 구현한 공동연구팀은 해당 모델을 코로나19에 노출시킨 뒤 감염 전후 폐세포의 변화를 면역형광염색, 전사체 분석 등을 통해 관찰했다.

분석 결과, 코로나19에 노출되면 6시간 내 급속한 바이러스 증식이 일어나 세포감염이 완료되지만 이를 막기 위한 폐 세포의 선천 면역 반응 활성화에는 바이러스 증식이 활발해진 2~3일이 지나서야 본격적으로 나타났다. 

또 연구팀은 하나의 코로나19 입자는 하나의 폐세포를 감염시키는 데 충분하다는 사실과 감염 3일째 세포 가운데 일부분이 고유의 기능을 급격히 상실한다는 사실도 발견했다.
 
이번 연구는 3차원 인체 폐포 세포 배양모델을 확립하고 이를 활용해 코로나19의 병태생리 및  감염 기전을 최초로 정밀 규명, 치료제 발굴에 힘을 보탤 수 있다는데 의미가 크다.

공동 교신저자인 주영석 교수는 "개발한 3차원 인체 폐 배양 모델 규모를 확대한다면 코로나19 포함한 다양한 호흡기 바이러스의 감염연구에 유용하게 사용될 것"이라며 "호흡기 바이러스의 표적 세포인 사람의 폐 세포를 직접 질병 연구에 활영, 효율적이고 정확한 기전 규명은 물론 치료제 개발에도 이용할 수 있다"고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]