인체의 폐포 구조와 기능을 3차원적으로 재현한 배양기술과 코로나19가 폐포를 감염시키는 기전을 나타낸 모식도. [사진 제공 = KAIST]

국내 연구진이 실험실에서 3차원으로 키운 사람의 폐포(허파꽈리)에 코로나19 바이러스를 배양해 감염 기전과 치료제 개발에 적용이 가능한 기술 개발에 성공했다.

26일 한국과학기술원(KAIST)은 의과학대학원 주영석 교수 연구팀이 인간의 폐포 세포를 실험실에서 구현하는 3차원 미니 장기기술을 개발했다고 밝혔다. 주 교수 연구팀은 이를 활용해 코로나19 바이러스가 인간의 폐 세포를 파괴하는 과정을 정밀하게 규명하는 데 성공했다.

공동연구팀은 실험을 통해 3차원 폐포가 코로나19 바이러스에 노출되면 6시간 내 급속한 바이러스 증식이 일어나 세포 감염이 완료된다는 사실을 밝혀냈다. 또 이를 막기 위한 폐 세포의 선천 면역 반응 활성화에는 약 3일가량의 시간이 걸린다는 점을 알아냈다. 이를 토대로 연구팀은 코로나19 바이러스 입자가 하나의 세포를 감염시키는데 충분하다는 사실을 알아냈다. 감염 3일째 공동연구팀은 세포 가운데 일부분이 고유의 기능을 급격히 상실한다는 사실도 확인했다.

공동연구팀은 이번 실험을 위해 지속적으로 배양이 가능한 3차원 인간 폐포 모델을 새롭게 정립했다. 이를 이용하면 실험실에서 사람의 폐 세포를 이용해 코로나19 바이러스 등 각종 호흡기 바이러스의 질병 기전을 연구할 수 있기 때문이다. 더 나가서 3차원 인간 폐포 모델은 약물 스크리닝 등 치료법 개발에도 직접적으로 응용할 수 있다는 장점이 있다. 3차원 폐포 모델은 정확한 질병 기전 이해를 돕기 때문이다. 그동안 코로나19 바이러스는 생쥐 모델에 감염시키기가 어렵고, 실험실에서 사용할 수 있는 폐 세포 모델은 존재하지 않는다는 한계가 있었다.

공동 교신저자인 주 교수는 "이번에 개발한 3차원 인체 폐 배양 모델 규모를 확대한다면 코로나19 바이러스를 포함한 다양한 호흡기 바이러스의 감염 연구에 유용하게 사용될 것"이라며 "동물이나 다른 장기 유래의 세포가 아닌 호흡기 바이러스의 표적 세포인 사람의 폐 세포를 직접적으로 질병 연구에 응용함으로써 효율적이고 정확한 기전 규명은 물론 치료제 개발에도 이용할 수 있다"고 강조했다.

한편 이번 연구엔 이주현 영국 케임브리지대학 박사를 비롯해 국립보건연구원 국립감염병연구소, 기초과학연구원(IBS), 서울대병원, KAIST 교원창업기업인 ㈜지놈인사이트 등이 공동으로 참여했다. 이번 연구 성과는 줄기세포 분야 세계적인 학술지 '셀 스템 셀(Cell Stem Cell)'에 게재됐다.

[이종화 기자]

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