바이오인

1. 개요

가. 오가노이드를 이용한 연구

오가노이드는 일종의 미니장기(mini organ) 혹은 미세조직(micro tissue)으로 줄기세포(성체줄기세포, 배아줄기세포, 유도만능줄기세포)로부터 계통 발생 및 분화를 통해 형성된, 자가 재생 및 자가 조직화가 가능한 3차원 세포 집합체로 정의된다. 세포 구성 및 구조 면에서 인체의 1차 조직과 유사하고 본래 조직의 기능을 재현할 수 있으며 인체와 근접한 생리활성을 지니고 있다.
네덜란드 Hans Clevers 연구팀에서 최초로 장(intestine) 오가노이드를 확립한 이후 뇌, 위, 췌장, 폐, 간, 혀 등 여러 장기와 장기 연관 연조직에 이르는 다양한 오가노이드가 수립되었다. 장 오가노이드는 마우스 및 인체의 Lgr5(+)줄기세포 및 crypt에서 분리한 상피줄기세포를 재료로 Wnt, Noggin, Rspondin (Lgr4/5 수용체 리간드. Wnt 길항제로 작용), EGF를 주요 미세환경 niche 성분으로 하는 배지와 matrigel 지지체 안에서 실제 소장 구조를 모사한 조직으로 3D 배양된다(그림 1).

그림1. 장(Intestine) 오가노이드 배양
인체 생검(1차 조직)의 성체줄기세포를 미세환경 인자가 포함된 배양 배지와 세포외기질 인자를 제공해 주는 matrigel에 포매된 환경에서 배양. 자가 조직화, 자가 증식, 조직 특이적 계통 분화를 통해 각 장기의 세포 구성, 구조, 기능을 재현할 수 있는 오가노이드가 형성됨.
 출처 : Developmental Cell, 2016 

오가노이드 배양기술은 비교적 최근에 완성되어 2013년도에 가장 중요한 과학적 진전으로 평가받고 있다(The Scientist, 2013), 2018년 2월에 환자유래 오가노이드를 이용하여 전이성 위장관암의 항암제에 대한 반응성을 예측할 수 있다는 논문(Science, 2018,359)을 토대로 종양 오가노이드로 환자의 항암제에 대한 반응성을 예측할 수 있다는 기사가 일반 대중에게도 소개되고 있다(The Scientist, 2018).
오가노이드가 본격적으로 개발되기 시작한 2013년 이후 오가노이드는 신약개발의 새로운 전임상 시험 모델로 주목 받아왔다. 기존의 in vitro 2D 세포주 배양법은 세포가 유래한 위치 본연의 성질을 유지하는 데 필요한 기질과의 상호작용 및 조직 단위의 세포 특성을 재현할 수 없으며, 동물 모델은 in vivo 생리활성을 유사하게 대변할 수 있지만, 인체 생리활성 및 유전적 특성 차이로 인해 약물 효능 시험 결과를 완전히 담보할 수 없고, 암 환자 유래 이종이식 모델(patient-derived xenograft)이 활용되고 있지만, 비용과 시간 면에서 비효율적이어서 대규모 약물 스크리닝에 한계가 있다.
이러한 문제점 해결의 대안으로써 오가노이드 기반 플랫폼은 약물 스크리닝, 환자 오가노이드 바이오 뱅킹과 같이 기존에 구현하기 어려웠던 질병 모델링, 유전체 교정을 통한 재생 치료, 환자 유전체 정보와 연계한 맞춤 치료 및 정밀 치료 등 다양한 잠재적 응용 가능성을 보여준다.

나. 새로운 암연구 모델-암 오가노이드

현재 사용되는 암 연구 모델은 암 세포주, 환자 유래 암세포 이식법(PDXT)과 최근에 주목을 받고 있는 암조직 유래 오가노이드 등이 있다. 오가노이드 기반 플랫폼은 약물 스크리닝, 환자 오가노이드 바이오 뱅킹, 뇌 질환 및 감염 질환과 같이 기존에 구현하기 어려웠던 질병 모델링, 유전체 교정을 통한 재생 치료, 환자 유전체 정보와 연계한 맞춤 치료 및 밀 치료 등 다양한 잠재적 응용 가능성을 보여주고 있다(표 1).

표1. 전임상 암 연구 모델들의 비교

출처 : Nat Rev Cancer, 2018

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