- 이미옥 박사 연구팀, 폐포 어셈블로이드 
- 실제 폐포 대식세포 기능 정교하게 재현

이미옥(오른쪽) 박사와 이영선 UST 학생이 오가노이드 관련 연구를 수행하고 있다. [한국생명공학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 오가노이드는 줄기세포를 이용해 3차원 구조로 만든 미니 장기로 실제 장기의 구조와 기능을 부분적으로 모사하여 인간의 장기와 유사한 생리학적 환경을 실험실에서 재현할 수 있게 해주는 생명과학과 의과학분야 핵심적인 미래 기술로 평가받고 있다.

한국생명공학연구원 줄기세포융합연구센터 이미옥 박사 연구팀은 질병관리청 김정현 박사 연구팀(현 아주대학교 약학대학)과 공동으로 실제 인간 폐 환경을 모사할 수 있는 ‘폐포 어셈블로이드(iAlvAssemb)’를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

폐는 외부 공기와 직접 접촉하는 기관으로 바이러스, 세균, 미세먼지 등 유해 물질에 가장 먼저 노출되며, 이때 폐포 상피세포와 상주 대식세포는 1차 방어선으로서 상호 협력하여 초기 면역반응을 조율한다.

지금까지 이러한 세포 간 상호작용과 면역 기능에 대한 연구는 주로 마우스 등 실험동물 모델에 의존해왔다.

하지만 인간과 동물 간의 생리적 차이로 인해 실제 인간 폐의 세포 간 상호작용과 면역 반응을 정확히 재현하는 데 한계가 있었으며, 기존 폐 오가노이드 모델에는 면역세포가 포함되어 있지 않아 실제 폐의 복잡한 면역환경을 재현하는 데도 역부족이었다.

연구팀은 인간 줄기세포로부터 유도된 폐포 상피세포의 유사 세포와 대식세포의 유사 세포를 공동 배양하여 실제 인간 폐의 구조와 면역 반응을 재현할 수 있는 ‘유도 폐포 어셈블로이드(iAlvAssemb)’를 만들어냈다.

또한 두 세포군 각각의 분화 및 기능적 특성을 최적화하고 공동 배양을 위한 맞춤형 배양 조건을 확립하여 세포 간 상호작용을 안정적으로 유지하는데도 성공했다.

이는 최초로 생체 내 반응을 연구실에서 재현하고 분석할 수 있는 플랫폼을 개발한 연구성과로 생체 외 환경에서 폐와 대식세포의 상호작용 및 조직적응을 나타냈다.

특히 손상된 상피세포 제거, 산화 지질 흡수, 결핵균 감염 반응 등 실제 폐포 대식세포가 수행하는 기능을 정교하게 재현할 수 있어 현재 중증 코로나바이러스 감염증 및 고위험조류독감 연구에 활용되고 있다.

또한 국가전임상지원센터(KPEC)는 개발된 모델을 산학연에서 발굴한 호흡기바이러스 치료제 후보물질들의 유효성 평가에 이용하고 있다.

이번 연구성과는 줄기세포를 기반으로 한 3D 인공 폐 모델을 개발한 것으로 폐 질환 연구 및 신약 개발의 성공가능성을 크게 높이고 인간조직유사도를 기반으로 새로운 약물 평가법을 제시하여 동물실험 축소를 위한 중요한 기술이 될 것으로 기대되고 있다.

이미옥 박사는 “그동안 오가노이드연구에서 면역세포의 부재가 주요 기능적 한계로 지적 받아왔는데, 이번 연구를 통해 폐 손상 및 감염성 질환 연구를 위한 새로운 3D 연구플랫폼이 개발됐다”며 “향후 폐포 어셈블로이드를 활용하여 빠르고 정확한 폐면역반응모사를 통해 폐 재생 신약 개발 및 신변종 감염병의 신속한 대응에도 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 4월 9일 온라인 판에 게재됐다.

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