손미영 박사가 인간 전분화능 줄기세포로부터 분화된 3차원 장 오가노이드 관련 실험을 진행하고 있다.[한국생명공학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 난치성 질환을 치료할 수 있는 고순도의 줄기세포를 대량으로 만들 수 있는 기술 개발에 성공했다.

한국생명공학연구원은 줄기세포융합연구센터 손미영(사진) 박사팀이 세계최초로 인간 장(腸) 오가노이드에서 장 줄기세포를 농축 배양할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

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.

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.

3차원 장 오가노이드 유래 2차원 장 줄기세포 농축 배양 기술 모식도.[한국생명공학연구원 제공]

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

단일 세포 전사체 분석을 통해 장 줄기세포 집합체들이 고농축 되어 있음을 확인하고 이를 분리‧배양하는데 성공, 화학적 조성이 명확한 배지 환경에서 인간 장 줄기세포를 배양할 수 있게 된 것이다.

특히 연구팀은 생산된 장 줄기세포 집합체가 마우스 동물모델의 손상된 장 상피 세포 조직을 재생시키는 것을 확인하며 치료제로서의 이용 가능성을 높였다. 동시에 향후 재생치료제로 개발 가능한 임상 등급의 인간 장 줄기세포를 대량 생산할 수 있는 기반 기술을 확보했다.

이번 연구를 수행한 손미영(아랫줄 가운데) 박사 연구팀.[한국생명공학연구원 제공]

연구팀은 2차원 장 줄기세포를 입체적 구조를 가진 장 상피 세포로 분화하는 기술도 개발했다.

개발한 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 활용할 수 있다.

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”며 “이번 성과를 다양한 장 오가노이드 배양기술과 접목시켜 기초연구 수준을 넘어 기술의 실용화 하겠다”고 밝혔다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.