이식 가능한 `심장 오가노이드` 나올까…심장 미세환경 구현한 `장기 유사체` 제작

IBS, 심장 오가노이드 제작 배양기술 개발
산소, 영양분도 공급..심장질환 모델로 제작

IBS 나노의학 연구단은 복합적인 심장 미세환경을 체외에서 구현하는 '심장 오가노이드 제작·배양 기술'을 개발했다. 사진은 심장 오가노이드 제작 개념도. IBS 제공

조승우 IBS 나노의학 연구단 연구위원

심장의 미세 환경을 체외에서 구현한 '심장 오가노이드(장기 유사체)'가 개발됐다. 향후 약물평가, 질환모델 구축, 재생치료 등에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS)은 조승우 나노의학 연구단 연구위원(연세대 생명공학과 교수) 연구팀이 박훈준 카톨릭대 의대 교수 연구팀과 공동으로 심장 오가노이드 제작·배양 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

오가노이드는 줄기세포와 조직공학기술을 이용해 인공적으로 만든 장기 유사체를 의미한다. 동물실험을 대체해 신약 유효성과 안전성 평가 등 다양하게 활용할 수 있어 전 세계적으로 주목받고 있다. 다양한 심장 구성 세포로 이뤄진 심장 오가노이드는 심장의 3차원 구조와 생리적 기능을 구현해 2차원으로 배양된 기존 세포 모델보다 활용성이 크다.

하지만, 개체 간 크기와 기능의 편차가 크고 분화도와 성숙도, 기능성 등이 실제 심장 수준에 미치지 못해 약물 평가나 조직 재생 등에 활용하는데 제약이 있다.

연구팀은 인간 유도만능줄기세포로부터 분화된 심근세포 외에 심장 섬유아세포, 혈관내피세포 등 세 종류의 세포를 혼합한 뒤 심장 조직 유래의 세포외기질 지지체에 배양해 심장 오가노이드를 제작했다. 심장 조직 내 다양한 세포 간 상호작용뿐 아니라, 세포 및 세포외기질 간 상호작용도 구현하는 심장 오가노이드를 제작한 것이다.

연구팀은 미세유체 칩을 활용해 심장 내 혈류가 흐르며 산소와 영양분이 공급되는 동적 배양법도 개발했다. 기존 배양법과 달리 산소와 영양분을 오가노이드 내부까지 끊임없이 공급할 수 있어 오가노이드의 생존율을 높이면서 장기 배양을 가능케 한다고 연구팀은 설명했다.

이렇게 개발된 심장 오가노이드는 약물 유효성과 심장 기능에 독성을 일으키는 심독성 예측, 심장 재생 치료 등에 활용 가능성이 높음을 연구팀은 확인했다. 오가노이드를 활용해 심장 섬유증, 긴 QT 간격 증후군(선천성 부정맥 질환) 등 심장 질환 모델로도 제작했다.

실제 오가노이드가 이식된 쥐의 심장은 수축 기능 향상과 섬유화 감소, 손상된 조직이 정상 조직과 유사한 수준으로 재생되는 효과를 보였다. 또 심장 조직 내 오가노이드는 심근세포끼리 유기적으로 연결돼 수축 관련 신호가 원활히 전달돼 향후 부정맥 유발 가능성을 줄이는 치료제로 쓰일 수 있을 것으로 연구팀은 기대했다.

조승우 IBS 연구위원은 "심장 오가노이드는 향후 체외모델 플랫폼으로써 신약개발의 효율성을 높이고, 심장 조직을 근본적으로 재건하는 재생치료제로 활용 가능할 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(지난달 22일)' 온라인에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr