생명연, 인공 장기유사체 완성도 평가 가능 기술 개발

줄기세포 유래 오가노이드의 정량적 인체 유사도 평가 기술 개발
향후 오가노이드 평가 시스템을 통한, 신약 개발 및 세포치료제 개발에 기여 기대
김한결 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2021-08-30 11:09:01
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[이미디어= 김한결 기자] 국내연구진이 인간 전분화능 줄기세포 유래 오가노이드와 인간 장기간 유사도 분석을 위한 정량적 평가 알고리즘 및 분석 웹페이지를 개발했다. 인간 전분화능 줄기세포로부터 분화한 폐, 위 오가노이드와 심근세포의 분화 완성도, 인체 장기와의 유사도를 정량적으로 평가함으로써 신약 개발 플랫폼 및 세포치료제 개발에 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.

한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연) 공동연구팀(교신저자: 김대수·손미영·조현수 박사, 제1저자:이미옥·이수기·정초록·손예슬 박사)이 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 Korea Bio Grand Challenge 사업, 산업통상자원부의 바이오산업핵심기술개발사업, 생명연의 Research Initiative Program의 지원으로 수행됐고, 생물학 분야의 세계적 저널인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 14.919) 7월 23일자 온라인판에 게재됐다.

 

▲ 줄기세포 유래 오가노이드의 정량적 인체 유사도 평가 흐름도 <제공=한국생명공학연구원>
    
최근 신약 개발(독성 및 효능 평가) 및 세포치료제 개발을 위해 오가노이드 및 분화 세포에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 신약 개발 단계에서 독성 및 효능 평가는 중요한 부분이다. 동물을 이용한 전임상에서 독성이 나타나지 않은 약물이 임상실험에서 간, 신장, 심장 독성이 나타나 임상시험이 중단되는 경우가 생겨난다. 전임상 단계에서 다양한 장기를 모방한 인간 전분화능줄기세포 유래의 오가노이드 및 세포는 전임상 동물실험의 중요한 대안으로 주목받고 있다. 따라서 오가노이드를 제작하기 위한 분화 기술 개발이 중요하다. 또한 최근에는 코로나19의 폐 감염경로 및 인체 반응에 관한 연구, 마이크로바이옴 관련 연구를 수행하기 위한 실험모델로서도 폐, 위 오가노이드에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

따라서 전분화능 줄기세포 유래 오가노이드 및 세포의 개발은 치료제 개발, 약리학적·독성학적 산업에서 질병 모델링과 약물 스크리닝을 위한 성공적인 미래 모델이 될 것으로 기대하고 있다.

오가노이드의 활용 분야가 질병의 기전 연구로부터 신약 개발 및 재생 치료제까지 확대됨에 따라, 고품질의 오가노이드 제작 및 평가를 위해 새로운 정량적 평가 시스템 및 알고리즘 개발의 필요성이 대두됐다. 즉, 전임상 단계의 고품질 오가노이드가 얼마만큼 인체를 묘사하는지 완성도를 평가하는 새로운 시스템 개발이 요구되는 상황이다. 현재까지는 제작된 오가노이드를 검증하기 위해서는 장기 특이적 단백질의 발현 혹은 효소의 활성을 시험해 특정 장기로의 분화와 기능을 정성적으로 평가했다. 그러나 각 실험실에서 제작된 다양한 오가노이드의 정성적 평가는 기준이 각각 달라 품질의 정량 평가가 어려웠다.

 

▲ 연구팀 <제공=한국생명공학연구원>


이에 생명연 연구진은 Public data 및 차세대 염기분석법(Next generation sequencing; NGS) 기반 전사체 분석을 통해 3종의 유사도 평가 패널 및 알고리즘을 구축했고, 연구자에게 분석 서비스를 위한 사용자 친화적 분석 웹페이지(W-SAS; Web based Similarity Analysis System) 개발을 통해 제작된 오가노이드의 정량적 유사도 평가가 가능할 것으로 기대되고 있다. 웹페이지를 통한 분석 서비스를 제공함으로써 국내·외의 오가노이드 및 세포 분화 관련 연구자들이 다양하게 활용할 수 있어 공공성 확보에도 기여할 수 있다.

조현수 생명연 연구 그룹의 책임연구원은 “이번 연구성과는 최근 활발히 연구되고 있는 신약 평가 플랫폼 및 세포치료제 개발을 위한 다양한 장기 오가노이드의 균질성과 재현성 확보를 위한 정량적 분화도를 측정할 수 있는 기술을 개발한 것”이라면서, “새로이 개발된 정량적 평가 시스템을 통해 향후 다양한 조직에 대해서 유사도 평가가 가능할 것이며, 이를 통해 약물 스크리닝용 대체 모델 개발 및 줄기세포 유래 세포치료제 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

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