【대전=뉴시스】 김양수 기자 = 간 오가노이드 제작 및 활용 모식도. 생명연구원에 따르면 인간 피부세포(fibroblasts)를 전분화능 줄기세포(iPSCs)로 리프로그래밍 시킨 뒤 3차원 오가노이드 형태의 간 장기모사체(human hepatic organoid)로 제작하면 증식(self-renewal) 가능하고 개인맞춤 독성 및 약효 평가(personalized drug toxicity and efficacy screening)에 활용할 수 있다.2019.07.23(사진=한국생명공학연구원 제공) photo@newsis.com

【대전=뉴시스】 김양수 기자 = 국내 연구진이 줄기세포를 이용해 신약 개발에 필수적인 고기능 장기 유사체를 개발하는데 성공했다.

한국생명공학연구원은 줄기세포융합연구센터 손명진 박사팀이 인간 전분화능 줄기세포로 증식 가능한 3차원 형태의 '간 모사모델'을 개발했다고 23일 밝혔다.

신약개발 단계에서 필수적인 간독성, 유효성 평가용 인체모사 간 모델 개발인 이번 연구결과는 간 연구분야 세계적 전문지인 저널오브헤파톨로지(Journal of Hepatology) 온라인판에 지난 9일자로 게재됐다. (논문명:Generation of expandable human pluripotent stem cell-derived hepatocyte-like liver organoids)

간은 재생이 잘 되는 장기이긴 하지만 신약개발 단계에서 필요한 간 조직을 얻는 것이 쉽지 않고 체외에서 간 세포는 전혀 증식하지 않는다.

또 줄기세포를 이용한 간 세포모델 기술개발의 선두주자들도 외과적 수술을 통해 간 조직을 확보해야 하는 한계, 성체줄기세포 기반인 경우 특정 세포만 얻을 수 있다는 단점, 인간 전분화능 줄기세포를 활용하는 경우에는 오가노이드 형태가 아닌 세포 덩어리 형태라는 한계 등을 갖고 있다.

이에 따라 생명연구원 연구팀은 성체줄기세포와 인간 전분화능 줄길세포라는 두 기술의 장점을 접목해 환자맞춤형 인간 전분화능 줄기세포를 이용하면서 3차원 오가노이드 형태의 간세포 모델로 분화시키는 기술을 완성했다.

오가노이드는 줄기세포의 자가조직화(Self-organization) 능력을 이용해 인체 조직과 유사하게 3D 형태로 제작한 장기유사체(입체적 세포배양)로 개인맞춤형 모델제작이 가능하다.

이번 연구성과는 기존 전분화능 줄기세포 기반 오가노이드 모델이 가지는 한계(증식하지 않고 기능적으로 미성숙)를 극복한 최초의 성과로, 체외에서 장기간 증식이 가능하고 동결·해동이 가능하며 기능적으로 성숙한 간 모델이다.



생명연 정경숙 부장은 "3차원 오가노이드 배양기술을 이용, 인간 전분화능 줄기세포로부터 증식 가능하고 기능적으로 성숙한 인체모사 간 모델을 제작하는데 성공했다"며 "이 모델은 체외에서 5개월 이상 증식이 가능하고 동결 보존 이후에도 약물에 대한 반응이 효과적으로 나타난다"고 설명했다.

특히 오가노이드가 성숙화 될수록 인체와 유사한 약물반응을 분석할 수 있어 더 정확한 간독성 평가가 가능하다는 것이 확인됐고 지방간(fatty liver) 모델을 제작하고 치료제 발굴을 수행, 정상 및 간 질환 플랫폼 활용이 가능하다는 것도 입증됐다.

연구책임자인 손명진 박사는 "동물실험에서 간독성이 없었으나 임상에서 독성을 발생, 심각한 경우 환자가 사망하고 막대한 비용을 들여 개발한 약물이 퇴출되는 경우가 발생한다"면서 "결국 신약개발의 효율성을 높이기 위해서는 간 장기유사체를 얼마나 인간과 유사한 정도로 구현하고 대량으로 제공 할 수 있는가가 관건이다"고 말했다.

그는 또 "신약개발 초기 단계에서 정확한 간독성·유효성 예측이 가능한 평가 모델이 반드시 필요하다"며 "이번 모델과 같이 인체 유사도가 높은 간 모델을 비임상에 활용, 향후 신약개발 효율성 향상에 큰 기여가 있을 것"이라고 덧붙였다.

한편 이번 연구는 생명연의 Big Issue Group(BIG) 사업, 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업, Korea Bio Grand Challenge 사업 및 보건복지부의 질환극복 기술개발사업 등의 지원으로 수행됐다.

논문 교신저자는 손명진·정경숙 박사, 제1저자는 문선주 UST통합과정 3년차생이다.

kys0505@newsis.com

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