[에이티엔뉴스=이기종 기자]  한국생명공학연구원(KRIBB, 원장 김장성)은 줄기세포융합연구센터 손미영 박사팀이 세계 최초로 인간 장(腸) 오가노이드에서 장 줄기세포를 농축 배양할 수 있는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 

이번 한국생명공학연구원의 오가노이드에서 고순도 줄기세포를 대량 배양하는 기술 개발은 세계적인 과학저널 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 1월 27일 게재돼 공개됐다.

해당 학술지에 게재된 논문명은 "Chemically-defined and scalable culture system for intestinal stem cells derived from human intestinal organoids"이다. 

오가노이드는 줄기세포나 조직공학 기술을 활용해 제작한 인체 장기유사체로 매우 높은 수준으로 인체 장기를 모사할 수 있어 동물 대체실험이나 신약 개발, 재생치료 등에서 활발히 활용되고 있다.

또 줄기세포는 신체를 구성하는 세포로 분화하는 능력이 있어 재생, 인공장기 형성, 세포 치료 등에서 이용이 기대되고 있다.

하지만 생체 내에서 한정된 양으로만 존재할 뿐만 아니라 배양이 어려워 채취하면 안정적인 보관이 필수적이지만 장기간 보관을 위한 환경 유지가 쉽지 않아 안전하고 효율적으로 줄기세포를 얻을 수 있는 기술 개발에 대한 수요가 높다.

이번 연구팀은 이러한 연구적 필요성에 따라 인간 전분화능 줄기세포를 이용해 만든 3차원 장 오가노이드에서 고순도의 인간 장 줄기세포 집합체를 대량 배양할 수 있는 기술을 개발했다.

장 오가노이드는 내부가 비어있는 내강(內腔, lumen)을 중심으로 상피 세포와 세포 외 기질이 둘러싸고 있는 둥근 공 형태인데 장 상피 세포가 내부의 내강에 접근하기가 어려워 다양한 응용 연구에 활용하기 어렵다는 한계가 있었다.

연구과정을 보면 단일 세포 전사체 분석을 통해 장 줄기세포 집합체들이 고농축 되어 있음을 확인하고 이를 분리하고 배양했다. 

이 과정은 화학적 조성이 명확한 배지 환경에서 인간 장 줄기세포를 배양할 수 있게 된 것을 의미한다. 

또 생산된 장 줄기세포 집합체가 마우스 동물모델의 손상된 장 상피 세포 조직을 재생시키는 것을 확인했다.

이어 세포를 공기 중에 노출해 분화를 유도하는 기체-액체 계면(Air-Liquid Interface) 분화법을 이용해 2차원 장 줄기세포를 입체적 구조를 가진 장 상피 세포로 분화하는 기술도 개발했다. 

이 연구결과에 의하면 스테레오 타입의 2.5차원 장 상피 세포 모델 시스템은 실제 인간의 소장을 모사할 수 있으며 내강 접근도 용이해 다양한 질환 모델 제작과 신약 개발을 위한 플랫폼 기술로 활용될 수 있다고 예측했다. 

이 연구와 관련해 한국생명공학연구원 손미영 박사는 “재생치료제의 핵심 성분인 인간 장 줄기세포는 분리 배양이 어려워 동물 실험 의존도가 높았는데 전 세계에서 유일하게 대량, 장기배양이 가능한 인간 정상 장 줄기세포 모델을 이용해 다양한 기초 연구가 활성화되길 기대한다”고 말했다. 

이 연구는 과기정통부 Korea Bio Grand Challenge 사업, 산업부 바이오산업핵심기술개발사업, 범부처 재생의료기술개발사업, 식약처 첨단독성 평가기술 기반구축사업, 그리고 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐다.