인간 전분화능 줄기세포 유래 체외 성숙 장 오가노이드의 특성 획득 (A) 장 오가노이드 분화과정 및 체외 성숙화 프로세스 모식도. (B,C,D) microarray, qPCR, Immunostaining을 통한 뮤신 합성-연관 마커 발현 분석. (E) AB/PAS staining을 통한 뮤신층 형성능 분석© 뉴스1

국내 연구진이 인간의 장내미생물 연구를 위한 세포 모델을 한 단계 높인 고기능 ‘장기 유사체’를 세계 최초로 개발했다.

이번 연구 성과는 오가노이드 실용화 기반 구축은 물론 ‘마이크로바이옴’ 기반 치료제 연구 및 작용기전 연구에 유용하게 쓰일 것으로 전망된다.

11일 한국생명공학연구원(이하 생명硏)에 따르면 △줄기세포연구센터 손미영 박사팀 △생물자원센터 박두상 박사팀 △한국과학기술연구원 생체재료연구단 김상헌 박사팀은 공동연구를 통해 3차원 장 오가노이드에 체외성숙화 기술을 적용해 진보된 형태의 숙주-공생미생물 간의 상호작용 연구모델을 세계 최초로 보고했다.

이러한 체외성숙화 장 오가노이드는 장내미생물이 장 상피에 부착증식하기 위해 필수적인 것으로 알려진 뮤신(mucin)을 분비하는 기능성 배상세포(goblet cell)를 포함하고 있다.

이를 통해 뮤신층(mucus layer)을 형성하고, 장벽 기능(barrier function)이 증가됐다.

그 결과 인간의 장과 유사한 환경을 조성해 기존 장 오가노이드의 장내미생물 연구 모델로서 한계점을 극복하는데 성공했다.

한국생명공학연구원 줄기세포연구센터 손미영 박사© 뉴스1

연구팀은 실제 유용 프로바이오틱스(probiotics, 유산균)로 알려진 락토바실러스를 미세주입해 생착이 증가함을 확인함으로써, 체외성숙 장 오가노이드의 장내미생물 연구모델로서의 유용성을 증명해 냈다.

이번 연구성과는 장내미생물 연구를 위한 세포 모델의 수준을 한 단계 높인 것으로서, 기존 장세포 모델의 세포 다양성 및 기능성 부족 문제를 해결한 최초의 성과다.

줄기세포연구센터 손미영 박사는 “이번 연구성과는 오가노이드를 활용해 다양한 연구를 진행하는 테스트-베드(test-bed)로 제공하는 것”이라며 “특히 ‘마이크로바이옴’ 기반 치료제 연구 및 작용기전 연구에 혁신적으로 활용될 수 있다”고 설명했다.

이어 “이번 연구성과를 바탕으로 장내미생물과의 상호작용·기전 연구를 진행하고 있다”며 “‘마이크로바이옴’ 조절 기전을 통한 질환 치료제 연구 등 다양한 융합영역에서 활용 가능하다”고 밝혔다.