한국생명공학연구원은 인간 전분화능 줄기세포로부터 분화된 3차원 장 오가노이드에 체외성숙화 기술을 적용해 진보된 형태의 숙주-공생미생물 간의 상호작용 연구모델을 세계 최초로 보고했습니다. 이번 성과는 장내미생물 연구를 위한 세포 모델의 수준을 한 단계 높인 것으로서 기존 장세포 모델의 세포 다양성 및 기능성 부족 문제를 해결한 최초의 성과입니다. 해당 연구는 <the FASEB journal>에 게재됐습니다.
인간의 장과 유사한 환경 조성해 한계점 극복
연구팀은 3차원 인간 전분화능줄기세포 유래 장 오가노이드에 체외성숙화 기술을 도입해 장내미생물 생착에 유리한 미세 환경을 갖춘 숙주-장내미생물 상호작용 연구모델을 제작했습니다. 이러한 체외성숙화 장 오가노이드는 장내미생물이 장 상피에 부착·증식하기 위해서 필수적인 것으로 알려진 뮤신(mucin)을 분비하는 기능성 배상세포(goblet cell)를 포함하고 있으며 이를 통해 뮤신층(mucus layer)을 형성하고 장벽 기능(barrier function)이 증가돼 있었습니다. 참고한 배상세포(goblet cell)은 점막에 섞여있는 점액 분비 세포입니다. 그 결과 인간의 장과 유사한 환경을 조성하여 기존 장 오가노이드의 장내미생물 연구 모델로서 한계점을 극복했습니다.
실제 유용 프로바이오틱스(probiotics, 유산균)로 알려진 락토바실러스를 미세주입해 생착이 증가함을 확인함으로써, 체외성숙 장 오가노이드의 장내미생물 연구모델로서의 유용성을 증명했습니다. 본 연구는 인간 전분화능줄기세포 유래 체외성숙 장 오가노이드 기반 락토바실러스 연구 모델을 세계 최초로 보고했으며 이는 장내미생물 연구 플랫폼으로서 장 오가노이드의 실용화 기반을 구축했다는데 의의가 있습니다.
줄기세포연구센터 손미영 박사는 "오가노이드 연구분야의 가장 큰 목표는 성인을 모사하는 수준 높은 고기능 인간 오가노이드를 다양한 연구를 위한 테스트-베드(test-bed)로써 제공하는 것이며 특히 바이오 분야의 차세대 성장 동력으로 주목받고 있는 '마이크로바이옴' 기반 치료제 연구 및 작용기전 연구에 혁신적으로 활용될 수 있다"고 전했습니다.
이어 "본 연구팀의 체외성숙화 장 오가노이드는 장내미생물의 생착과 증식이 가능한 최고 수준의 장내미생물 연구 모델로서 장내미생물과의 상호작용·기전 연구를 진행하고 있으며, 최근에는 '마이크로바이옴' 조절 기전을 통한 질환 치료제 연구 등 다양한 융합 영역에서 본 연구팀의 오가노이드를 이용한 연구를 진행하고 있다"고 밝혔습니다.
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