[바이오타임즈] 최근 오가노이드 연구 기술의 발전으로 인체 장관(큰창자+작은창자)과 유사한 기능을 가진 ‘줄기세포 유래 장관 오가노이드 모델’이 개발되어 새로운 치료제 개발뿐만 아니라, 독성 평가 모델이 제시되고 있다.

장관 오가노이드의 막 기능 또는 무결성(Barrier Integrity)을 평가하는 방법으로 TEER(Transepithelial/transendothelial electrical resistance) 시스템이 대표적으로 활용되고 있는데, 오가노이드를 분해하여 측정하기 때문에 그 과정에서 오가노이드 특성이 변화할 수 있다는 문제점이 제기돼왔다.

안전성평가연구소(소장 정은주)는 장관 오가노이드 막 기능성을 정량적으로 측정할 수 있는 임피던스 평가 시스템을 새로 개발했다고 밝혔다. 이번 성과로 향후 간, 폐와 같은 다양한 생체조직의 오가노이드 막 기능을 평가할 수 있을 것으로 기대된다.

해당 연구는 안전성평가연구소 임피던스 기반 독성 평가 기술과 한국생명공학연구원 손미영 박사팀의 독보적인 장관 오가노이드 성숙화 기술을 바탕으로 공동 연구로 진행했으며, 이를 통해 장관 오가노이드의 막 기능성 및 손상 정도를 데이터 편차 없이 평가할 수 있는 임피던스 기반 평가 시스템을 개발했다.

이 연구는 과기부 ‘간 질환 모델을 이용한 장-간축 기반 마이크로바이옴 평가 시스템 개발’의 연구 결과이며, 화학 분야 권위지인 Analytical Chemistry(해당 분야 상위 9%)에 게재됐다.
 

막의 기능은 조직의 기능을 평가하는 주요 지표 중 하나이며 특히, 오가노이드의 기능성을 평가하기 위해서 막의 기능 평가는 아주 중요하다. 이는 약물의 흡수도 등에 이상이 있는지를 평가할 때도 주요한 인자로 확인한다.

인체의 장관 막은 소화, 흡수 과정에서 미생물이나 항원, 독소 등이 혈류로 유입되는 것을 차단하는 면역학적 기능을 수행하며, 만약 장관 막이 정상적인 기능을 하지 못하게 되면 심각한 면역 반응 및 만성 면역 질환이 유발하게 된다.

지금까지의 장관 오가노이드는 구조적으로 내부가 비어있는 내강(lumen)과 폴딩(Folding)된 구조를 통해 장 상피를 모사하는 다차원의 구조체를 형성하고 있어 장 상피세포의 막 기능성을 정량적으로 평가하는 데 어려운 한계가 있다.

연구팀은 장관 오가노이드를 멀티채널에 주입한 후 교류를 흘려 세포의 저항을 측정했으며, 장관이 성숙할수록 막 접합 단백질이 증가함에 따라 저항값이 높아지는 것을 확인했다.
 

임피던스(Impedance)는 교류 회로에서 전류가 흐르기 어려운 정도를 나타내는 것으로, 오가노이드 성숙화에 따른 막의 단백질 증가는 체내의 반응 오차를 줄임으로써 인체 유사도가 증가함을 알 수 있으며 단백질이 저항값을 높였다는 것을 알 수 있다.

임피던스 기술은 장관의 막 기능에 영향을 미칠 수 있는 약물, 화학물질, 독소 및 미생물 스크리닝 및 효능 연구에도 활용 가능하며 특히, 간단하고 비침습적인 방법으로 오가노이드의 막 기능을 실시간으로 모니터링할 수 있다는 점에서 활용도가 매우 높다.

이번 연구 결과는 장내 마이크로바이옴의 효능 평가 모델로 활용할 수 있으며, 향후 크론병(Crohn’s Disease)과 같은 장 질환 치료제 개발에 중요한 평가법으로 제시할 수 있을 것으로 보인다.

예측독성연구본부 오정화 박사는 “오가노이드가 성숙화될수록 생체조직과 유사한 구조적 복잡성을 보이기 때문에 일정하게 평가하는 방법은 매우 중요하다”라며 “임피던스를 통한 평가시스템을 타 장기 구조체 및 오가노이드 모델 평가에 적용하기 위한 관련 연구를 계속해서 추진해 나갈 계획이다”라고 말했다.

[바이오타임즈=김수진 기자] sjkimcap@biotimes.co.kr

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