‘유전자가위’ 더하면…유사인체조직 기술 활용도 높아질듯

최낙원 고려대 교수 연구팀 연구결과
유전자가위 기술·미세생리시스템 융합
정밀한 병리학적 연구 가능성 제시

미세생리시스템, 유전자가위, 오가노이드 등을 활용해 정밀한 병리연구와 신약개발이 가능하다는 연구결과가 나왔다. 사진은 기사의 특정 사실과 관련 없음. 게티이미지뱅크

인체 조직과 유사하게 구현된 미세생리시스템(MPS)을 신약 개발과 질병 연구에 더 잘 활용할 수 있는 방안이 제시됐다. 유전자 편집 기술을 이용해 다양한 유전자 특성을 반영하고, MPS를 오가노이드(미니 장기)에 배양하는 기술을 적용해 정밀한 병리학적 연구가 가능하다는 것이다. 

최낙원 고려대학교 의과대학 융합의학교실 교수 연구팀(정석 고려대 기계공학부 교수, 한국과학기술연구원 뇌과학연구소 김홍남·송소진 박사, 성영준 숙명여대 화공생명공학부 교수)은 기존 연구논문 분석을 통해 ‘유전자 가위’로 알려진 CRISPR/Cas(크리스퍼/카스) 기술과 미세생리시스템을 융합해 신약 개발과 개인 맞춤형 치료에 적용할 수 있는 가능성을 제시했다고 14일 밝혔다.

MPS는 장기나 인체 조직의 구조적, 기능적 미세 환경을 작은 칩 위에서 구현해 생체 내와 유사한 조건을 구현하는 기술이다. 전통적으로 질병 연구나 신약 개발 과정에서 세포 배양, 동물 실험을 해오던 것에서 벗어나 인체 장기와 유사한 MPS를 대상으로 실험이 가능해진 것이다. 다만, 유전자 변형이 어려워 유전적 다양성과 질병의 다양한 특성을 반영하지 못하는 한계가 있었다. 연구팀은 CRISPR 기술을 활용하면 미세생리시스템의 유전적 다양성을 높이고, 보다 정밀하게 질병 모델을 구축할 수 있을 것으로 봤다.

연구팀은 논문에서 CRISPR 기술이 적용된 MPS를 통해 희귀 유전질환과 암 연구에 활용할 질병 모델을 개발하고, 뇌-혈관 장벽, 신경과 신장 조직 등 장기의 기능을 보다 정밀하게 모사하는 최신 연구 사례를 분석했다.

또 MPS를 오가노이드에 적용(오가노이드 온 칩)하면 생체 조직을 더 정밀하게 모사할 수 있을 것으로 봤다. 특정 세포의 유전자 발현을 정밀하게 조절해 생리학적으로 체내환경과 더 유사한 조직을 만들 수 있다는 것이다. 오가노이드는 혈류흐름이나 장기간 상호작용을 하지 않는데 MPS를 적용하면 이 같은 한계를 극복할 수 있다.

연구팀은 CRISPR 기술이 적용된 미세생리시스템을 활용해 신약 후보물질의 효과 및 안전성 평가의 가능성, 개인 맞춤형 치료법 개발도 가능할 것으로 기대했다. 특히 CRISPR-MPS 기술을 이용한 질병 모델링은 특정 유전자 변이를 가진 질병 모델을 실제 장기 칩 위에서 재현할 수 있어 신약 개발과 질병 연구에 기여할 수 있다.

최 교수는 “이번 리뷰를 통해 차세대 바이오연구 모델이 나아갈 방향을 조망했다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 맞춤형 치료법 개발과 정밀의학을 위한 후속 연구를 활발히 진행하겠다”고 말했다.

한편 이번 리뷰 논문은 JCR 분석화학 분야 1위 국제학술지 ‘분석 화학의 추세(Trends in Analytical Chemistry)’(IF: 11.8)에 ‘차세대 미세생리학 시스템을 위한 CRISPR 기술 활용(Harnessing CRISPR technology for next-generation microphysiological systems)’이라는 제목으로 1월31일 온라인 게재됐다.