인공 장기유사체 완성도 평가 가능한 기술 개발
- 줄기세포 유래 오가노이드의 정량적 인체 유사도 평가 기술 개발
- 향후 오가노이드 평가 시스템을 통한, 신약 개발 및 세포치료제 개발에 기여 기대
□ 국내연구진이 인간 전분화능 줄기세포* 유래 오가노이드**와 인간 장기간 유사도 분석을 위한 정량적 평가 알고리즘 및 분석 웹페이지를 개발하였다. 인간 전분화능 줄기세포로부터 분화한 폐, 위 오가노이드와 심근세포의 분화 완성도, 인체 장기와의 유사도를 정량적으로 평가함으로써 신약 개발 플랫폼 및 세포치료제 개발에 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.
* 전분화능 줄기세포(Human Pluripotent Stem Cell; hPSC) : 피부, 간, 심장 등 생체의 거의 모든 조직으로 분화할 수 있는 줄기세포의 일종
** 오가노이드(Organoid) : 인공 장기유사체로 인체의 생리활성기능을 유사하게 재현한 3차원 세포 집합체
ㅇ 한국생명공학연구원(이하 생명연, 원장 김장성) 공동연구팀(교신저자: 김대수/손미영/조현수 박사, 제1저자: 이미옥/이수기/정초록/손예슬 박사)이 수행한 이번 연구결과는 생물학 분야의 세계적 저널인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 14.919) 7월 23일자 온라인판에 게재되었다.
- 논문명 : Development of a quantitative prediction algorithm for target organ-specific similarity of human pluripotent stem cell-derived organoids and cells (첨부 참조)
□ 최근 신약 개발(독성 및 효능 평가) 및 세포치료제 개발을 위해 오가노이드 및 분화 세포에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
ㅇ 신약 개발 단계에서 독성 및 효능 평가는 중요한 부분이다. 동물을 이용한 전임상에서 독성이 나타나지 않은 약물이 임상실험에서 간, 신장, 심장 독성이 나타나 임상시험이 중단되는 경우가 생겨난다. 전임상 단계에서 다양한 장기를 모방한 인간 전분화능줄기세포 유래의 오가노이드 및 세포는 전임상 동물실험의 중요한 대안으로 주목받고 있다. 따라서 오가노이드를 제작하기 위한 분화 기술 개발이 중요하다.
ㅇ 또한 최근에는 COVID-19의 폐 감염경로 및 인체 반응에 관한 연구, 마이크로바이옴 관련 연구를 수행하기 위한 실험모델로서도 폐, 위 오가노이드에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
ㅇ 따라서 전분화능 줄기세포 유래 오가노이드 및 세포의 개발은 치료제 개발, 약리학적/독성학적 산업에서 질병 모델링과 약물 스크리닝을 위한 성공적인 미래 모델이 될 것으로 기대하고 있다.
□ 오가노이드의 활용 분야가 질병의 기전 연구로부터 신약 개발 및 재생 치료제까지 확대됨에 따라, 고품질의 오가노이드 제작 및 평가를 위해 새로운 정량적 평가 시스템 및 알고리즘 개발의 필요성이 대두되었다. 즉, 전임상 단계의 고품질 오가노이드가 얼마만큼 인체를 묘사하는지 완성도를 평가하는 새로운 시스템 개발이 요구되는 상황이다.
ㅇ 현재까지는 제작된 오가노이드를 검증하기 위해서는 장기 특이적 단백질의 발현 혹은 효소의 활성을 시험하여 특정 장기로의 분화와 기능을 정성적으로 평가하였다. 그러나 각 실험실에서 제작된 다양한 오가노이드의 정성적 평가는 기준이 각각 달라 품질의 정량 평가가 어려웠다.
ㅇ 이에, 생명연 연구진은 Public data 및 차세대 염기분석법(Next generation sequencing; NGS)* 기반 전사체 분석을 통해 3종의 유사도 평가 패널 및 알고리즘을 구축하였고, 연구자에게 분석 서비스를 위한 사용자 친화적 분석 웹페이지(W-SAS; Web based Similarity Analysis System) 개발을 통해 제작된 오가노이드의 정량적 유사도 평가가 가능할 것으로 기대되고 있다.
* 차세대 염기분석법은 2006년에 처음 개발되었으며, 하나의 유전체를 작은 단편으로 읽은 후 생물정보학을 이용하여 조합함으로써 방대한 유전체 정보를 빠르게 해독하는 방법임
ㅇ 웹페이지를 통한 분석 서비스를 제공함으로써 국내·외의 오가노이드 및 세포 분화 관련 연구자들이 다양하게 활용할 수 있어 공공성 확보에도 기여할 수 있다.
□ 생명연 연구 그룹의 조현수 책임연구원은 “이번 연구성과는 최근 활발히 연구되고 있는 신약 평가 플랫폼 및 세포치료제 개발을 위한 다양한 장기 오가노이드의 균질성과 재현성 확보를 위한 정량적 분화도를 측정할 수 있는 기술을 개발한 것”이라며,
ㅇ “새로이 개발된 정량적 평가 시스템을 통해 향후 다양한 조직에 대해서 유사도 평가가 가능할 것이며, 이를 통해 약물 스크리닝용 대체 모델 개발 및 줄기세포 유래 세포치료제 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”라고 밝혔다.
< 그림 설명 >
- 줄기세포 유래 오가노이드의 정량적 인체 유사도 평가 흐름도
줄기세포 유래 오가노이드의 정량적 인체유사도 평가를 위해 제작된 장기패널 및 평가 알고리즘을 통해 정량적 유사도 평가가 가능하게 될 것이며, 이를 통해 고품질의 오가노이드 및 분화세포 제작이 가능해짐
※ 보도자료 바로보기 (☞이동)
