이식 가능한 심장 인공장기(오가노이드)에 한 걸음 더 가까워졌다. 머지않아 임상 적용도 가능할 전망이다.
기초과학연구원(IBS·원장 노도영) 조승우 나노의학연구단 연구위원(연세대 생명공학과 교수)팀이 박훈준 가톨릭대 의대 교수팀과 복합적인 심장 미세환경을 체외에서 구현하는 심장 오가노이드 제작·배양 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
오가노이드는 줄기세포와 조직공학 기술로 만든 인공 장기유사체다.
심장 오가노이드는 심장의 3차원 구조와 기능을 구현한 것인데, 다만 개체 간 크기·기능 편차가 크며, 분화도(기능을 갖는 세포로 분화된 정도)·성숙도·기능성 등이 실제 심장 수준에 미치지 못한다. 약물 평가 정확도가 낮고, 이식 후 조직 재생 효과를 보장할 수 없어 실질적 응용은 어려웠다.
연구진은 심장의 물리·생화학적 미세환경을 더해 기존 오가노이드 한계를 개선했다.
장기 맞춤형 조직공학 기술로 새로운 심장 오가노이드를 제작했다. 인간 유도만능줄기세포(만능성을 갖도록 제작된 줄기세포)로부터 분화된 심근세포, 심장 섬유아세포, 혈관내피세포를 혼합했다.
이들을 심장 조직 유래 세포외기질 지지체 내에 배양해 심장 오가노이드를 제작했다. 실제 심장 조직 세포 간 상호작용뿐 아니라, 세포 및 세포외기질 간 상호작용도 구현하는 심장 오가노이드를 제작할 수 있었다.
또 심장 내 혈류가 흐르며 산소·영양분이 공급되는 동적 미세흐름을 구현하고자 미세유체 칩을 활용한 동적 배양법을 개발했다. 이 배양법으로 산소·영양분을 오가노이드 내부까지 끊임없이 공급할 수 있었다. 오가노이드 생존율을 높이고 장기배양을 가능케 했다.
제작 오가노이드는 심독성 예측 플랫폼으로 활용 가능하다. 연구진은 오가노이드를 활용해 심장 섬유증, 긴 QT 간격 증후군 등 심장질환 모델 제작에도 성공했다.
심근경색 유발 쥐에 오가노이드를 이식, 심장 재생치료 가능성도 확인했다. 심장 수축 기능 향상, 섬유화 감소, 정상 조직과 유사한 수준으로의 손상 조직 재생 효과를 확인했다.
또 오가노이드는 심근세포끼리 유기적으로 연결돼 수축 관련 신호가 원활히 전달되도록 했다. 이는 향후 부정맥 유발 가능성을 줄이는 치료제로 활용될 수 있음을 의미한다.
조승우 교수는 “제작 오가노이드는 향후 체외 모델 플랫폼으로써 신약 개발 효율성을 높이고, 심장 조직을 근본적으로 재건하는 재생치료제에 활용 가능할 것으로 보인다”며 “개발한 조직공학 기술은 다른 장기 오가노이드에도 접목해 추후 바이오산업 및 임상 치료에 적용될 것으로 기대된다”고 전했다.
이번 연구결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 온라인판에 3월 22일 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
