"심장과 최대한 비슷하게"...IBS, 이식 수준 배양 성공

오가노이드, 동물실험서 재생치료 가능성 확인

이식 가능한 심장 오가노이드에 한 걸음 더 다가갔다.

기초과학연구원(IBS, 원장 노도영)은 나노의학 연구단 조승우 연구위원(연세대학교 생명공학과 교수) 연구팀이 복합적인 심장 미세환경을 체외에서 구현하는 심장 오가노이드 제작·배양 기술을 확보했다고 25일 밝혔다.

이 연구는 가톨릭대학교 의과대학 박훈준 교수 연구팀과 공동으로 진행됐다.

연구팀은 약물 평가, 질환 모델 구축, 재생치료 같은 분야에 폭넓게 응용할 수 있음을 확인했다. 머지않아 임상도 가능할 전망이다.

심장 오가노이드를 개발한 IBS 조승우 연구위원(교신저자)과 민성진 성균관대학교 조교수, 김수란 연세대 박사후연구원, 심우섭 가톨릭대 박사과정 연구원(이상 공동 제1저자).

오가노이드는 줄기세포와 조직공학 기술을 이용해 인공적으로 만든 장기유사체다. 신약 유효성·안전성 평가 등에 활용할 수 있다.

다양한 세포로 심장의 3차원 구조와 생리적 기능을 구현해 2차원으로 배양한 기존 세포 모델 대비 장점이 많다.

그러나 개체 간 크기·기능 편차가 크다. 분화도·성숙도·기능성 등이 실제 심장과는 차이가 좀 있다. 이 때문에 세포 이식후 재생 효과를 보장하기가 어려웠다.

이를 IBS 연구팀이 극복한 것. 연구팀은 장기 맞춤형 조직공학 기술을 이 오가노이드 개발에 적용했다. 

이와함께 심장 내에서 산소와 영양분 공급이 이루어지는 혈액의 미세흐름까지 구현하기 위해 미세유체 칩(microfluidic chip)을 활용한 동적 배양법도 개발했다.

심자 오가노이드 이식 모식도와 기능적인 심장 재생 치료제로서의 가능성을 확인한 분석 및 검사 결과.

연구팀은 "약물의 유효성 및 심장 기능에 이상을 일으키는 심독성을 예측하는 플랫폼으로 활용할 수 있을 것"이라며 "부정맥 유발 위험도가 있는 약물을 오가노이드에 실험한 결과, 약물 반응이 기존 임상 데이터와 유사한 양상을 보였다"고 설명했다.

연구팀은 또 이를 이용해 장질환 모델 제작에도 성공했다.

연구팀은 "심근경색을 유발한 쥐에 심장 오가노이드를 이식해 심장 재생치료 가능성을 확인했다"고 덧붙였다.

이 연구는 민성진 성균관대학교 조교수와 김수란 연세대학교 박사후연구원, 심우섭 가톨릭대학교 박사과정 연구원(이상 공동 제1저자)이 주도했다.

조승우 교수는 "향후 부정맥 유발 가능성을 줄이는 치료제로 활용될 수 있을 것"이라며 "다른 장기 오가노이드에도 접목해 추후 바이오산업 및 임상 치료에 적용될 것으로 기대한다”고 말했다.

연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 16.6)’ 온라인판(3월 22일자)에 게재됐다.