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1. 개요와 현황

가. 오가노이드(Organoid)의 개념

오가노이드(Organoid)는 ‘장기’를 뜻하는 ‘Organ’과 ‘유사함’을 뜻하는 접미사 ‘-oid’가 합쳐진 ‘기관을 닮은 유기체’를 의미한다. 기존 생물학 영역에서의 오가노이드는 3차원 세포 응집체를 의미하는 용어로 사용되었으며, 이는 실제 장기를 모사한다는 개념을 포함하지는 않는다. 

하지만 지난 수십 년간 발생 생물학 및 줄기세포 생물학 분야의 발전을 통해  장기 특이적 줄기세포의 생성 및 분화에 대한 분자생물학적 기전을 규명할 수 있게 되었고, 이에 조직 공학 기술의 발전이 더해져 줄기세포의 자가 조직화를 통한 조직 또는 장기 유사체를 만들어낼 수 있게 되었다. 

최근 이와 같은 방법으로 제작된 장기 유사체를 오가노이드로 규정하고 있으며, 좀 더 엄격한 의미의 오가노이드가 되기 위해서는 다음의 3가지 조건이 모두 충족되어야 한다 [1]. 

① 모사하고자 하는 장기를 이루는 세포로 구성될 것

② 모사하고자 하는 장기의 특이적 구조를 갖출 것

③ 모사하고자 하는 장기의 특이적 기능을 재현할 것

[그림 1] 오가노이드 정의 (출처 : 오가노이드사이언스 제공)

이와 같이 새롭게 정의된 오가노이드는 Yoshiki Sasai와 Hans Clevers에 의해 시작되었다고 볼 수 있다. Yoshiki Sasai는 [2] 전분화능줄기세포(Pluripotent stem cells)를 이용해 뇌의 발달과정을 재현하여 대뇌피질(Cerebral cortex)과 시신경 안배(Optic cup) 조직을 제작한 반면, Hans Clevers는 [3] 성체 장 조직 유래의 성체줄기세포로부터 장 오가노이드 확립 법을 개발한 것이 오가노이드의 시초 연구로 볼 수 있다. 이러한 선도적 연구 결과를 토대로 이후 여러 과학자들은 성체줄기세포와 전분화능줄기세포 유래의 다양한 장기 오가노이드 제작을 성공할 수 있었다.

나. 오가노이드의 활용

오가노이드는 실제 장기와의 유사성을 활용한 질병 모델과 조직 재생능을 활용한 재생치료제 두 가지 측면에서 활용이 가능하다.

첫 번째 활용 분야인 오가노이드 기반의 질병 모델은 인체 조직을 이용하여   제작 가능한 인간 장기 모델로서 기존의 동물을 활용한 연구의 가장 큰 단점인 인간-동물 간의 차이점을 극복할 수 있으며, 장기 수준의 3차원 구조를 지니고 있어 기존의 단층 배양되거나 단순 조직화된 세포를 활용한 연구보다 더욱 생체와 유사한 결과를 얻을 수 있다.

또한, 관심 있는 장기만을 축소/단순화하여 구축하기 때문에 생체 기반 연구에 비해 실험적 접근성이 높아 분자 수준의 기전 규명 및 최신 연구 기법 적용에 용이하다. 오가노이드는 정상 장기 모델링을 통한 발달 및 재생 기전 연구, 장기의 질병 모델링을 통한 병인 기전 연구 및 약물 개발 등이 가능하고, 특히 암 오가노이드의 경우에는 종양 생성 기전부터 정밀의학, 항암제 개발 등 대부분의 종양 연구 분야에 활용될 수 있다. 두 번째 활용 분야인 오가노이드 기반의 재생치료제는 오가노이드를 직접 손상된 조직에 이식하여 조직 손상을 복구할 수 있는 근원적 치료제가 될 수 있다. 

본 기고문에서는 오가노이드 기반의 재생치료제 개발 현황과 전망에 대해 집중적으로 논의하고자 한다.

[그림 2] 오가노이드 활용 분야 (출처 : 오가노이드사이언스 제공)