김용균 교수, 포항공대 조동우‧광주과학기술원 박지환 교수팀과 공동연구
오가노이드, 줄기세포서 분화, 인간 신장 구성 세포로 기능하는 '3차원 세포 구조체'
오가노이드 내 '혈관 망'과 신장 여과 기능에 필수구조물 '여과 장벽' 각 형성
오가노이드 분화시켜 인간 파브리병처럼 '신장과 혈관 병리학적 병변' 만드는 데 성공
논문, 세계적 과학학술지 'Advanced Science'게재
[보건타임즈] 국내기술로 실제 인간의 신장과 매우 유사한 고도로 분화된 신장 오가노이드가 개발돼 신장병 연구와 치료제 개발에 한 걸음 더 다가서게 됐다.
가톨릭대 성빈센트병원 신장내과 김용균 교수팀(사진 左, 가톨릭대 의대 세포사멸질환 연구센터, (주)알젠오가노 바이오테크놀로지)과 포항공대 조동우 교수(中)팀, 광주과학기술원 박지환 교수(右)팀이 공동으로 기존의 신장 오가노이드의 제한점을 극복, 혈관 망과 성숙도가 향상돼 실제 인간의 신장과 매우 유사한 신장 오가노이드 분화 개발에 성공했다.
'미니 신장'으로 불리는 신장 오가노이드는 줄기세포에서 분화돼 실제 인간의 신장을 구성하는 세포들로 기능하는 3차원 세포 구조체다.
이 3차원 세포 구조체는 차세대 신약 개발과 재생 치료의 핵심 요소 중 하나다.
기존의 신장 오가노이드는 해외에서 개발된 프로토콜로 제작된 것이며 오가노이드 내 혈관 형성이 5% 정도로 매우 제한적이면서 세포의 성숙도가 인간의 신장과 비교해 미성숙한 상태다.
또 오가노이드 내에 신장이 아닌 세포들(off-target 세포)이 10% 정도 존재해 실제 임상 치료와 의료 산업 현장에 사용하기엔 한계점이 있었다.
이에 연구팀은 실제 인간의 신장 발생 과정에 깊은 이해를 기반으로 고도분화 신장 오가노이드 분화 프로토콜 개발에 나섰다.
신장 세포외 기질의 미세 환경이 신장 발생에 중요한 역할을 한다는 사실에 착안, 포유동물의 신장을 탈 세포화 한 후 세포외 기질을 추출해 세포 배양접시에 코팅한 다음, 인간 신장 사구체와 혈관 발생에 중요한 역할을 하는 TGF-β 신호를 조절, VEGF 성장인자를 정교하게 혼합 구성해 '신장 오가노이드 고도분화 프로토콜'을 개발해냈다.
국내기술로 개발된 고도분화 신장 오가노이드는 기존의 해외 프로토콜을 활용한 신장 오가노이드보다 혈관 내피세포 증식이 항진돼 오가노이드 내 혈관 망과 사구체 내로 혈관이 침투, 신장 여과 기능에 필수적인 구조물 여과 장벽을 각각 형성했다. (그림)
이와 함께 신장 오가노이드의 근위 세뇨관 세포의 성숙도와 포도당 재흡수 기능이 향상됐으며, 신장 오가노이드 내 off-target 세포들이 감소됐다.
이어 연구팀은 CRSPR-Cas9 유전자 편집기술을 이용해 난치성 신장 질환 파브리병의 원인 유전자 갈락토시데이즈-알파의 돌연변이를 유도한 후 이를 이번에 개발한 고도분화 프로토콜을 이용해 신장 오가노이드로 분화시켜 실제 인간의 파브리병처럼 신장과 혈관의 병리학적인 병변을 만드는 데 성공했다.
연구팀은 신장 오가노이드를 탈세포화 된 세포외 기질과 함께 쥐의 신장에 이식하면 생착이 잘 되며 이식 효과가 증진된다는 사실도 이 연구를 통해 입증해냈다.
김 교수는 "이 연구는 국내기술로 기존에 해외에서 개발된 신장 오가노이드의 한계를 극복한 것은 물론 성숙도와 기능이 한 층 더 향상된 신장 오가노이드 제작에 성공했으며, 나아가 이를 이용해 신장 질환 모사와 재생 치료의 가능성을 입증했다는 것에 의의가 있다"면서 "연구팀이 개발한 고도분화 신장 오가노이드가 향후 추가 연구를 거쳐 실제 임상 치료와 의료 현장에 사용되길 기대한다"고 말했다.
이 연구 성과를 상세하게 정리한 논문은 'Advanced Science(인용지수: 16.806) 최신호'에 게재됐다.
기사최종편집일: 2024-04-26 22:33:08
다음기사 : 
