바이오인

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 15-61

줄기세포 기반 오가노이드(organoid) 연구현황

◇ 최근 인간 줄기세포를 이용해 실제로 뛰는 미니 심장이 개발되는 등 줄기세포 기반의 오가노이드 개발 연구가 활발히 추진됨에 따라 관련 내용 정리

 * 2015년 MIT에서 선정한 10대 미래유망기술(Breakthrough Technologies)에 뇌 유사기관(Brain Organoids)가 선정된 바 있음

■ ‘오가노이드(Organoid)’란?

○ 오가노이드(장기유사체, 유사장기라고도 함)는 줄기세포나 장기 기원세포로부터 분리한 세포를 3D 배양법으로 다시 응집·재조합하여 만든 장기 특이적 세포집합체로,

    1) 모델로 하는 장기의 특이적 세포 포함

    2) 장기가 지닌 특정 기능 재현

    3) 실제 장기와 유사한 형태로 공간적 조직화 가능

 ※ 3차 조직배양을 통해 만들어지는 작은 ‘구’체를 스페로이드(spheroid)라고 하며, 스페로이드가 일반 세포주를 이용한 조직 생산인 것과 비교해 오가노이드는 줄기세포와 같은 분화 가능한 세포로부터 생산한다는 점이 큰 차이점

■ 인간 줄기세포로 만든 0.5mm 미니 심장 제작 성공

○ 최근 미국 연구팀에서 유도만능줄기세포를 이용해 스스로 박동하는 3차원 ‘미니 심장’ 제작 성공(2015. 7. 14, Nature communication 게재)

- 인간의 줄기세포에 심장세포로 분화하는데 필요한 유전인자와 환경을 조성해 주는 방법으로 3차원 미니 심장을 제작, 0.5mm로 작지만 진짜 심장처럼 뛰는 것을 확인

- 이는 실험용 배지에 평면으로 배양된 심장세포로는 도출하기 어려운 결과로, 본 연구를 통해 사람의 심장이 형성되는 단계를 처음 밝혀내는데 성공

출처 : Nature Communications

○ 오가노이드를 만드는 이유는 크게 2가지로, 우선 2차원에서 만든 세포 조직보다 신약의 안전성과 효능을 시험하는 데 더 효과적

 - 연구팀은 태아 발달에 치명적인 것으로 알려진 ‘탈리도마이드’를 이번에 만든 미니 심장에 노출시키자 조직이 제대로 만들어지지 않는 것은 물론 근육의 수축 정도가 줄어들고 박동 속도도 느려짐을 관찰

 ※ 이는 실험용 배지에 평면으로 배양된 심장세포만 이용해서는 얻어내기 어려운 결과임

○ 2번째 이유로, 오가노이드는 치료용으로 활용 가능

 - 훼손되거나 제대로 발달하지 못한 장기에 줄기세포를 이용해 만든 오가노이드를 이식해 상태를 개선하는 데 활용할 수 있을 것으로 기대

 - 오가노이드 제작기술은 이론적으로 거의 모든 종류의 장기를 줄기세포만으로 제작할 수 있기 때문에 다양한 질병에 이용 가능할 것으로 기대되어 최근 재생의학 관점에서도 관련 연구가 더욱 활발해지는 추세

■ 오가노이드 연구개발 현황

○ 2013년 미니 뇌가 제작된 후 오가노이드 제작 연구가 활발히 진행, 이후 미니 신장, 갑상선, 간 등 다양한 오가노이드 개발 성과 도출

  - 특히 3D 바이오프린팅 기술이 주목받으며, 인공 뼈, 귀, 피부 등 다양한 인공조직 개발 중

  - 최근 줄기세포 기반의 인공장기 개발이 주목받고 있으며, 향후 줄기세포를 접목해 기관 수준의 이식용 오가노이드 개발 가능성 전망

 ※ 그러나 오가노이드 유지·배양기술이나 생체시스템을 대체할 만한 수준의 기능화 된 오가노이드 개발 측면에서는 아직까지 초기 연구단계 수준이며, 향후 기술개발 후 현실적인 활용을 위한 국가별 규제 개선 등 제도적 기반도 함께 갖추어져야 할 것으로 전망

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