공배양 혹은 IL-2 처리된 장관 오가노이드의 성숙 소장 특이적 특성 획득(한국생명공학연구원 제공)© News1

국내 연구진이 줄기세포로부터 분화된 세포들이 갖는 미성숙의 문제를 해결해 인간의 소장과 유사한 인체 유사모델을 개발했다.한국생명공학연구원(원장 김장성)은 줄기세포연구센터 연구팀이 새로운 3차원 분화기술을 통해 인체 유사도가 높고 장 기능성을 모사하는 성숙한 인간 장관 오가노이드 모델 개발에 성공했다고 9일 밝혔다.

이는 인간 전분화능 줄기세포로부터 새로운 3차원 분화기술을 적용해 인간 장관 오가노이드의 체외 성숙화(in vitro maturation) 기술을 세계 최초로 보고한 것으로, 줄기세포로부터 분화된 세포들이 갖는 미성숙의 문제를 해결한 최초의 성과다.

인간 장관 모사 모델로서 정확한 약물반응이나 질환표현형을 재현하려면 인체와 유사한 수준의 성숙된 장관 오가노이드가 필요하지만, 현재까지 이 난제를 극복한 기술은 보고된 바가 없었다.

기존에 보고된 기술은 유전자 및 단백질 발현뿐만 아니라 기능적 측면에서도 성숙한 장관에 미치지 못하는 불완전한 모델이라는 한계가 있었다.이에 생명연 연구팀은 3D 분화기술을 이용해 인간 전분화능 줄기세포로부터 인간의 장관(intestine)과 유사한 세포 구성과 3D 구조를 가지고 있는 장기 유사체(오가노이드)를 제작했다.

인체 장내 환경을 모사하기 위한 면역세포와의 공배양(Co-culture) 전략을 통해 장관 오가노이드의 성숙화가 가능함을 확인, 성숙에 기여하는 핵심 인자 및 기전을 규명하는 기술을 완성했다.

또 인간 장관의 발달과정을 모사해 줄기세포에 여러 면역인자(사이토카인)를 처리한 후 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.

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

줄기세포연구센터 손미영 박사는 “최근 줄기세포 연구 분야에서 가장 어려운 연구 목표는 인체와 좀 더 유사하게 성숙한 분화 세포나 오가노이드 모델을 구축하는 것”이라며 “연구팀이 개발한 체외 성숙 고기능성 장관 오가노이드는 세계 최고 수준의 기능성 인간 장관 모델로, 인체와의 유사도가 증진된 만큼 줄기세포연구의 성과를 높이고 더 정확한 인체반응 예측을 통해 신약 개발의 과정에 효과적으로 기여할 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 ‘네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)’ 지난 2일자 온라인 판에 게재됐다.

맨 왼쪽부터 생명공학硏 손미영 박사, 김진환 박사, 정초록 박사 © News1

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