바이오인

환자 맞춤형 오가노이드 기반 정밀 의료 플랫폼

◈ 목차

⑴ 서론
⑵ 본론
 1) 환자 유래 오가노이드 정의와 제작법

 2) 환자 아바타 모델로서 환자 유래 오가노이드

 3) 환자 유래 오가노이드 기반 약물 스크리닝

 4) Organoid-on-a-chip

⑶ 결론
⑷ 참고문헌

◈본문

1. 서론

인체에 존재하는 세포들은 세포-세포 간 결합, 세포-세포 외 기질 간 결합을 통해 3차원 구조를 형성하면서 생존하고 있다. 암세포 또한 정상 세포가 가지고 있는 3차원 구조 속에서 생존하고 발달하며 암 조직을 형성한다.

때문에 암 연구를 진행함에 있어 이런 3차원 구조에 의한 영향들을 포괄적으로 이해할 필요성이 대두되고 있다.

최근 들어 줄기세포를 기반으로 체외에서 만들어질 수 있는 3차원 조직 모사체인 ‘오가노이드’ 모델은 이런 필요성을 연구적으로 해결해줄 수 있는 대안적 모델로 각광받고 있다.

오가노이드는 배아줄기 세포 또는 성체 줄기세포로부터 만들어진 모델로 실제 장기의 기능을 할 수 있는 분화된 세포와 줄기세포가 장기의 구조를 재현하며 공존하는 3차원 배양체이다.

암 또한 오가노이드 배양기법으로 암 조직을 모방하는 3차원 배양체인 ‘암 오가노이드’로 배양될 수 있다. 즉, 오가노이드는 체외에서 배양 가능한 3차원 조직 모사체로 세포 분화 과정부터 질병발생의 기작을 이해하기 위한 여러 실험이 실시간으로 재현가능한 모델이다. 

이런 특성으로 기초의학을 비롯한 재생의학, 인공장기, 질병 모델링, 신약 개발에 오가노이드의 활용성은 크다.

본 동향서는 중개 질병 연구에 있어서 환자 유래 암 오가노이드 모델의 유용성과 오가노이드를 이용한 다양한 연구에 대해 설명하고 있다. 특히, 암 연구 분야에 있어 항암제 개발과 정밀의학 연구를 위한 환자 유래 암 오가노이드 기반 차세대 전임상 플랫폼 기술에 대해 설명하고자 한다.

2. 본론

2.1. 환자 유래 오가노이드 정의와 제작법

환자 유래 오가노이드는 연구적 동의를 받은 환자로부터 제공받은 정상 혹은 질환 조직으로부터 세포를 분리하여 3차원 배양상태에서 만들어진 세포 배양체이다. 이 배양체는 각 장기에 특화되어 분화 및 줄기세포능을 조절할 수 있는 media 속에서 제작된다. 이렇게 배양된 오가노이드는 모체 조직의 조직학적인 구조적 유사성과 여러 생리학적/유전적 특징들을 그대로 재현할 수 있는 특징을 가지고 있다 [1].

즉, 오가노이드가 모체 조직의 여러 특성을 재현할 수 있게 하는 주요 배양적 조건은 3차원적 체외환경과 Media에 달려있다. 인체 조직에서 세포는 콜라겐, 라미닌 등을 포함하는 세포외기질 안에 존재하며 이들과 상호작용하며 Proliferation, Differentiation, Survival, Apoptosis 등 여러 생물학적 프로세스를 조절하고 있다 [2]. 체외에서 세포를 배양할 시, 체내의 세포외기질의 성분들과 유사한 기질 물질이(ex. Matrigel) 조직 속 세포 환경을 재현하는 3차원 배양 환경을 만들어 준다. 또한 오가노이드를 배양하기 위한 Media는 여러 세포로 분화할 수 있는 줄기세포의 분화와 이들을 적당한 비율로 유지시켜 줄 수 있는 유도 인자들을 조합한 영양 물질로, 체외에서 세포가 조직으로 발달할 수 있도록 유도하는 역할도 한다. 이를 위해 장기마다 필요로 하는 유도 인자들이 다르기 때문에 조직 특성에 맞는 배양액을 제작하는 기술 또한 중요하다 (표 1).

2009년도에 Hans clevers와 Toshiro Sato가 처음 쥐의 소장에서 Lgr5+ cell을 분리 후, 플레이트 안에서 laminin-rich Matrigel에 쌓아 돔 형태로 굳힌 후 Wnt 신호전달을 활성화시킨 생체내 줄기세포 환경과 장관 세포들의 성장을 촉진할 수 있는 EGF 인자와 Noggin을 추가한 배양액을 첨가하여 소장의 장기 기능을 나타내는 최소 unit인 crypt들로 구성된 소장 오가노이드를 체외에서 배양해 냈다 (그림 1) [3]. 이 연구 결과를 토대로 여러 장기에 존재하는 성체 줄기세포로부터 체외 장기를 배양하고자 하는 노력들이 시도되었으며, 상피 세포로 구성된 다양한 장기들이 오가노이드로 체외 배양되었다 (표 1)

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.