바이오인

인간 폐 면역 반응을 재현한 줄기세포 기반 '폐포 어셈블로이드' 개발

- 인간 줄기세포를 기반으로 실제 폐 세포구조와 초기면역 반응을 모사한 '폐포 어셈블로이드(iAlvAssemb)' 개발에 성공

- 실제 폐포 대식세포의 기능을 정교하게 재현할 수 있어 중증 코로나 바이러스 감염증 및 고위험조류독감 등 연구에 활발히 활용

□ 신약개발과정에서 대체시험법인 오가노이드 기술이 더욱 중요해지고 있다. 지난 4월 10일 미국 FDA에서는 ‘전임상 안전성시험의 동물실험 축소 로드맵’을 발표한 바 있다.

□ 오가노이드는 줄기세포를 이용해 3차원 구조로 만든 미니 장기로 실제 장기의 구조와 기능을 부분적으로 모사하여 인간의 장기와 유사한 생리학적 환경을 실험실에서 재현할 수 있게 해주는 생명과학과 의과학분야의 핵심적인 미래 기술로 평가받고 있다.

□ 한국생명공학연구원(원장 권석윤, 이하 생명연) 줄기세포융합연구센터 이미옥 박사 연구팀은 질병청 김정현 박사 연구팀(現 아주대학교 약학대학)과 공동으로 실제 인간 폐 환경을 모사할 수 있는 ‘폐포 어셈블로이드(iAlvAssemb)’를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

□ 폐는 외부 공기와 직접 접촉하는 기관으로 바이러스, 세균, 미세먼지 등 유해 물질에 가장 먼저 노출되며, 이때 폐포 상피세포와 상주 대식세포는 1차 방어선으로서 상호 협력하여 초기 면역반응을 조율한다.

ㅇ 지금까지 이러한 세포 간 상호작용과 면역 기능에 대한 연구는 주로 마우스 등 실험동물 모델에 의존해왔다.

ㅇ 하지만 인간과 동물 간의 생리적 차이로 인해 실제 인간 폐의 세포 간 상호작용과 면역 반응을 정확히 재현하는 데 한계가 있었으며, 기존 폐 오가노이드 모델에는 면역세포가 포함되어 있지 않아 실제 폐의 복잡한 면역환경을 재현하는 데도 역부족이었다.

□ 연구팀은 인간 줄기세포로부터 유도된 폐포 상피세포의 유사 세포와 대식세포의 유사 세포를 공동 배양하여 실제 인간 폐의 구조와 면역 반응을 재현할 수 있는 ‘유도 폐포 어셈블로이드(iAlvAssemb)'를 만들어냈다.

ㅇ 또한, 두 세포군 각각의 분화 및 기능적 특성을 최적화하고 공동 배양을 위한 맞춤형 배양 조건을 확립하여 세포 간 상호작용을 안정적으로 유지하는데도 성공하였다.

ㅇ 이는 최초로 생체 내 반응을 연구실에서 재현하고 분석할 수 있는 플랫폼을 개발한 연구성과로 생체 외 환경에서 폐와 대식세포의 상호작용 및 조직적응을 보여주었다.

□ 특히, 손상된 상피세포 제거, 산화 지질 흡수, 결핵균 감염 반응 등 실제 폐포 대식세포가 수행하는 기능을 정교하게 재현할 수 있어 현재 중증 코로나바이러스 감염증 및 고위험조류독감 연구에 활용되고 있다.

ㅇ 또한, 국가전임상지원센터(KPEC)는 개발된 모델을 산ㆍ학ㆍ연에서 발굴한 호흡기바이러스(SARS-CoV-2, Influenza) 치료제 후보물질들의 유효성 평가에 이용하고 있다.

□ 이번 연구성과는 줄기세포를 기반으로 한 3D 인공 폐 모델을 개발한 것으로 폐 질환 연구 및 신약 개발의 성공가능성을 크게 높이고 인간조직유사도를 기반으로 새로운 약물 평가법을 제시하여 동물실험 축소를 위한 중요한 기술이 될 것으로 기대되고 있다.

□ 연구책임자인 이미옥 박사는 “그동안 오가노이드연구에서 면역세포의 부재가 주요 기능적 한계로 지적 받아왔는데, 이번 연구를 통해 폐 손상 및 감염성 질환 연구를 위한 새로운 3D 연구플랫폼이 개발되었다.”라며, “향후 폐포 어셈블로이드를 활용하여 빠르고 정확한 폐면역반응모사를 통해 폐 재생 신약 개발 및 신변종 감염병의 신속한 대응에도 기여할 것으로 기대된다”라고 밝혔다.

□ 한편 이번 연구성과는 4월 9일 세계적인 과학저널인 Nature Communications (IF 14.7) 온라인 판에 게재되었으며,

   (논문명 : Generation of induced alveolar assembloids with functional alveolar-like macrophages / 교신저자 : 생명연 이미옥 박사, 아주대 김정현교수 / 제1저자 : 생명연 강지수, 이영선, 질병청 이영선, 길다연)

ㅇ 과기정통부 국가전임상지원체계구축, 바이오의료개발사업, 우수신진연구자사업, 질병청 사업, 생명연 주요사업의 지원으로 수행되었다.

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.