基礎科學硏究院
心筋細胞로 構成된 오가노이드를 쥐 모델에게 移植하자 移植된 心筋細胞가 宿主 組織 內에서 安定的으로 생착했다. IBS 提供.
人工的으로 만든 將棋類似체인 ‘오가노이드’가 心臟 微細環境까지 具現할 수 있는 水準에 이르렀다. 藥物 評價나 再生治療 等 다양한 應用 可能性이 확인돼 머지않아 臨床 適用이 期待된다.
基礎科學硏究院(IBS)은 조승우 나노醫學硏究團 硏究委員 硏究팀이 박훈준 가톨릭대 醫大 敎授 硏究팀과 體外에서 心臟 微細環境을 具現하는 心臟 오가노이드 製作·培養 技術을 開發했다고 25日 밝혔다.
오가노이드는 줄기細胞와 組織工學技術을 利用해 人工的으로 만든 將棋類似體로 新藥 有效性과 安全性 評價 等에 活用된다. 心臟 오가노이드는 心臟 構成 細胞로 心臟의 3次元 構造 및 生理的 機能을 具現해 2次元으로 培養된 細胞 모델보다 長點이 많다.
하지만 아직 個體 간 크기·機能 偏差가 크고 分化도, 成熟도, 機能性 等에서 實際 心臟 水準에 못 미친다. 心臟 오가노이드의 藥物 評價나 組織 再生 效果를 保障할 수 없어 아직 應用에 限界가 있다.
硏究팀은 心臟의 物理的·生化學的 微細環境을 오가노이드에 具現해 旣存 限界를 改善했다. 長期 맞춤型 組織工學 技術을 開發해 새로운 形態의 心臟 오가노이드를 製作했다.
實際 心臟의 다양한 細胞 構成을 그대로 具現하기 위해 人間 誘導萬能줄기細胞로부터 分化된 心筋細胞 外에도 心臟 纖維芽細胞, 血管內皮細胞 等을 混合했다. 以後 混合된 細胞를 心臟 組織 由來의 細胞外氣質 支持體 內에 培養해 心臟 오가노이드를 製作했다. 實際 心臟 組織 內 存在하는 다양한 細胞 間 相互作用과 細胞 및 細胞外氣質 間 相互作用을 具現하는 心臟 오가노이드를 製作한 것이다.
心臟 內 血流 흐름과 酸素·營養分 供給 等 動的 微細흐름을 具現하고자 微細流體 칩을 活用한 動的 培養法度 開發했다. 微細流體 칩은 마이크로 크기의 채널들로 連結된 오가노이드 챔버와 培養液 챔버를 攪拌機 위에 올려놓는 方式으로 微細흐름을 提供한다. 旣存의 政敵 培養法과 달리 酸素와 營養分을 오가노이드 內部로 끊임없이 供給할 수 있어 오가노이드 生存率을 높이고 臟器培養을 可能하게 하는 方法이다.
硏究팀은 제작된 오가노이드의 應用 可能性도 檢證했다. 心臟 오가노이드는 藥物의 有效性 및 心臟 機能에 異常을 일으키는 審毒性을 豫測하는 플랫폼으로 活用 可能했다. 不整脈 誘發 危險度가 있는 藥물을 오가노이드에 實驗한 結果, 藥물 反應이 旣存 臨床 데이터와 類似한 樣相을 보였다. 또 오가노이드를 活用해 心臟 纖維症, 긴 QT 間隔 症候群 等 心臟疾患 모델 製作에도 成功했다.
心筋梗塞을 誘發한 쥐에 心臟 오가노이드를 移植해 心臟 再生治療 可能性도 確認했다. 오가노이드가 移植된 쥐의 心臟은 收縮 機能 向上, 纖維化 減少, 損傷된 組織의 再生 效果 等이 確認됐다. 心臟 組織 내 安定的으로 生착한 오가노이드는 心筋細胞끼리 有機的으로 連結돼 收縮 關聯 信號가 圓滑히 傳達됐다. 向後 不整脈 誘發 可能性을 줄이는 治療劑로 活用 可能함을 意味한다.
조 敎授는 “이番 硏究의 오가노이드는 向後 體外 모델 플랫폼으로써 新藥 開發의 效率性을 높이고 心臟 組織을 根本的으로 再建하는 再生治療劑로 活用 可能할 것으로 보인다”며 “開發한 組織工學 技術은 다른 臟器 오가노이드에도 椄木해 追後 바이오産業 및 臨床 治療에 適用될 것으로 期待된다”고 말했다. 硏究 結果는 國際學術誌 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 온라인版에 지난달 22日 揭載됐다.
(왼쪽부터) 조승우 IBS 나노醫學硏究團 硏究委員, 박훈준 가톨릭대 醫大 敎授, 민성진 成均館大 助敎授, 김수란 延世大 博士後硏究員, 심우섭 가톨릭대 博士課程生.
