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POSTECH–서울대병원 연구팀, Nature지에 신개념 어셈블로이드 발표

인체장기 완벽 재현한 조립형 ‘미니장기’ 나왔다

입력 2020-12-17 18:27 | 수정 2020-12-18 15:00

▲ 암 환자의 병리조직학적 특징을 모사하는 인공 종양체인 환자 맞춤형 방광 종양 어셈블로이드.ⓒ포스텍

POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 생명과학과 신근유 교수 연구팀은 다양한 세포들의 재구성을 통해서 인간조직을 정확하게 모사하는 신개념 장기 모사체인 조립형 인공장기를 개발하고 ‘어셈블로이드’라고 명명했다. 

순수 국내 기술로만 연구 개발된 어셈블로이드는 기존의 유사 장기를 초월한 미래형 환자 맞춤 체외인간장기로서 차세대 난치성 질환치료의 새로운 패러다임을 제시할 수 있는 지금까지 존재하지 않던 혁신적인 기술이다.

오가노이드는 인간 장기와 유사한 미니 장기다. 하지만 지금까지 개발된 오가노이드는 장기의 성숙한 구조를 모사하지 못하고 조직 내 주변 환경이 갖춰져 있지 않다는 근본적인 한계점이 존재한다. 

인간 장기의 기능 수행을 위한 다양한 세포 및 조직 사이의 상호작용이 이뤄지지 못한다. 때문에 암을 비롯한 다양한 난치성 질병에 대한 정확한 모델링에는 한계가 있다는 점이 큰 문제점으로 꼽혔다.

신근유 교수 연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 조직 줄기세포와 인간 장기 내에 존재하는 다양한 세포를 재구성해 상피세포, 주변의 기질층 그리고 바깥의 근육세포 층으로 이뤄진 조직화된 구조를 갖춘 조립형 체외 인간 장기인 어셈블로이드(assembloids)를 개발했다. 

연구팀은 이렇게 만들어진 어셈블로이드가 세포 구성과 단일세포 수준에서의 유전자 발현 양상이 성숙한 성체 장기와 동일함을 발견했고 장기 손상에 따른 조직 재생 반응이 일어날 때 생체 내 조직의 변화를 그대로 재현하고 있음을 확인했다.

또 연구팀은 정상 장기로부터 발생되는 인간 종양의 병리·생리학적 특징을 완벽히 모사하는 환자 맟춤형 인간 종양모사체인 ‘종양 어셈블로이드(tumour assembloid)’를 개발했다. 

유전자 조작 및 암세포 조립이 가능한 종양 어셈블로이드 플랫폼을 이용해, 종양 주변 환경으로부터 발생한 신호가 종양세포의 유동성을 결정하는 생리적 작용의 원리를 밝혔다. 

이는 종양세포와 기질세포 사이의 신호전달 피드백이 종양 가소성을 조절하는 데 중요하다는 것을 보여준다. 

이 결과는 암세포의 유동성을 조절해 암세포를 소멸시키는 차세대 암치료 패러다임인 암세포 변환 치료법의 개발을 가능하게 한 중요한 연구 결과다.  

논문의 제1저자인 POSTECH 김은지 씨는 “이번에 개발된 어셈블로이드는 세계 최초로 개발된 생체 밖에서 만든 조립형 인공 장기다. 이 어셈블로이드를 활용하면 암이나 퇴행성 질환, 조현병, 치매등의 복잡하고 다양한 난치성 질병을 모델링하고 이 질병들의 발행기작을 규명 및 치료법을 개발할 수 있다”고 설명했다.

신근유 교수는 “지금까지 인체 조직 및 병리·생리학적 특징을 정확하게 모사하는 인간조직 모사체는 없었다”며 “이번에 개발된 조립형 인공조직을 통해 기존 치료제의 한계를 뛰어넘는 미래형 신약 개발의 혁신 플랫폼이 구축됐다”고 밝혔다.

연구에 참여한 노태영 교수는 “이 연구는 생물학적 메커니즘을 규명하는 융합연구 모델로 정밀의료, 맞춤의료를 위한 방향성을 제시하고 있다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 POSTECH 생명과학과 신근유 교수·통합과정 김은지 씨 연구팀이 한국연구재단의 중견연구, 뇌과학원천기술개발사업, 선도연구센터사업, 포스트게놈 다부처유전체사업의 지원으로 수행됐고 서울대병원 구자현 교수, POSTECH 김상욱 교수, 정성준 교수, 노태영 교수가 공동으로 참여했다.
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