생명硏, 인간 폐 면역 반응 재현한 '폐포 어셈블로이드' 개발 성공

질병청과 공동연구, 인간 줄기세포 기반

[대전=뉴시스] 생명공학연구원이 질병관리청과 함께 인간 폐를 모사한 ‘폐포 어셈블로이드(iAlvAssemb)’를 개발했다. 사진은 단일세포 전사체분석을 통한 폐포 어셈블로이드 특성 분석도.(사진=생명공학연구원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 줄기세포에 기반해 실제 폐 세포구조와 초기면역 반응을 모사한 오가노이드를 개발했다.

한국생명공학연구원은 줄기세포융합연구센터 이미옥 박사팀이 질병관리청 김정현 박사팀과 공동으로 실제 인간 폐 환경을 모사할 수 있는 '폐포 어셈블로이드(iAlvAssemb)'를 개발했다고 15일 밝혔다.

폐는 외부 공기와 직접 접촉하는 기관으로 바이러스, 세균, 미세먼지 등 유해물질에 가장 먼저 노출되며 이때 폐포 상피세포와 상주 대식세포는 1차 방어선으로 상호 협력해 초기 면역반응을 조율한다.
 
지금까지 세포 간 상호작용과 면역기능에 대한 연구는 주로 마우스 등 실험동물 모델에 의존해왔으나 인간과 동물 간 생리적 차이로 실제 인간 폐의 세포 간 상호작용과 면역 반응을 정확히 재현하기 어려웠다.

이에 따라 기존 폐 오가노이드 모델에는 면역세포가 포함돼 있지 않아 실제 폐의 복잡한 면역환경을 재현하는 데 한계가 있다.

이번에 연구팀은 인간 줄기세포로부터 유도된 폐포 상피세포의 유사세포와 대식세포의 유사세포를 공동 배양해 실제 인간 폐 구조와 면역반응을 재현할 수 있는 유도 폐포 어셈블로이드(iAlvAssemb)를 제작하는데 성공했다.
 
또 두 세포군 각각의 분화 및 기능적 특성을 최적화하고 공동 배양을 위한 맞춤형 배양조건을 확립해 세포 간 상호작용을 안정적으로 유지하는데도 성공했다.

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

특히 손상된 상피세포 제거, 산화지질 흡수, 결핵균 감염 반응 등 실제 폐포 대식세포가 수행하는 기능을 정교하게 재현할 수 있다.

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

오가노이드는 줄기세포를 이용해 3차원 구조로 만든 미니 장기로 실제 장기의 구조와 기능을 부분적으로 모사해 인간의 장기와 유사한 생리학적 환경을 실험실에서 재현할 수 있게 해주는 생명과학과 의과학분야 핵심기술로 평가받고 있다.

연구성과는 지난달 9일 세계적인 과학저널 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications)  온라인 판에 게재됐다.

이미옥 박사는 "그동안 오가노이드연구에서 면역세포의 부재가 주요 기능적 한계로 지적 받아왔는데 이번 연구를 통해 폐 손상 및 감염성 질환연구를 위한 새로운 3D 연구플랫폼이 개발됐다"며 "향후 폐포 어셈블로이드를 활용, 빠르고 정확한 폐면역반응모사를 통해 폐 재생 신약개발 및 신변종 감염병에 신속히 대응할 수 있을 것"이라고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 [e-mail]