신약개발 초기 단계에서 독성 및 유효성 평가 위한 신뢰성 있는 평가 플랫폼 구축
[바이오타임즈] 국내 연구진이 줄기세포 유래 3D 간세포 구조체 생산기술을 개발, 신약개발 초기 단계에서 독성 및 유효성 평가를 위한 신뢰성 있는 평가 플랫폼으로 활용할 수 있게 되었다.
안전성평가연구소(KIT)는 줄기세포 유래 3D 간세포 구조체 생산기술을 개발했으며, 이를 이미징(High-Content Screening) 기반 세포 독성 평가 시스템을 통해 검증했다고 밝혔다.
해당 연구는 고려대학교 생명과학대 연구팀(김종훈 교수)에서 3D 간세포 구조체를 생산했으며, 이를 바탕으로 KIT 세포모델연구그룹에서 간독성 약물 노출 및 이미징 기반 독성 분석을 수행했다.
기존 간세포는 2D 형태로 유리나 플라스틱 표면의 2차원 단일 층으로 생물학적 조직 환경을 잘 표현하지 못했으나, 3차원의 세포는 체내와 유사한 환경을 제공할 수 있어 세포가 가지는 생리학적 특징을 잘 보여준다.
신약 개발을 위한 후보물질에 대한 간독성 평가 시, 독성 스크리닝을 위해 균일한 세포 구조체의 대량생산이 필요하며 실시간으로 신속 정확하게 독성 여부를 판별하는 기술이 요구된다.
그러나 지금까지 이러한 줄기세포 유래 간세포 구조체에 대한 생산기술과 이를 검증한 연구 결과가 없었으며, 동물모델의 종(種)간 차이 및 2D 간세포 모델의 세포 미성숙화로 독성평가의 결과가 부정확하다는 한계가 있었다.
이러한 기존 인체 간독성 평가 모델의 한계를 극복하기 위해 3D 세포모델을 활용하여 세포 구조체를 균일하게 대량으로 생산할 수 있는 기술을 개발하였으며, 독성 스크리닝 활용 가능성을 이미지 기반 세포독성 평가 시스템을 통해 검증했다.
연구팀은 3D 간세포 구조체의 유용성 검증을 위해 <그림1>과 같이 초대 배양 간세포, 3가지 종류의 줄기세포 유래 2D 간세포, 3D 간세포 간의 독성 반응성을 비교했다.
초대배양 간세포(Human Primary Hepatocyte)는 인체 간 조직에서 분리하여 배양한 세포를 말한다. 간은 인간의 주요 생체기관으로서 대표적으로 해독작용을 하며 단백질 합성, 양분 저장, 쓸개즙, 요소 등을 생성한다.
그림①은 인간유래 줄기세포에서 윗 단계인 전구세포(Progenitor Cells)를 분리했으며, 분리된 간 전구세포는 3D 간 구조체 생산용 필름을 통해 균일한 크기로 간 구조체가 만들어지게 된다. 이에 독성물질을 처리한 후 3가지의 형광물질로 염색하여 HCS(High Contents Screening)을 통해 이미징하여 세포의 독성을 확인할 수 있다.
그림②는 약물 15종에 대해 초대배양세포, 3D 간세포 구조체, 2D 간세포 구조체 간의 독성 민감도를 확인했다. 붉은색일 경우 세포가 독성에 민감하게 반응하는 것을 보여준다. 3D 간세포가 간의 실질 세포인 초대배양 간세포에 비하여도 독성에 더욱 민감하게 반응하는 것을 확인할 수 있다.
해당 연구를 통해 생산된 3D 간세포 구조체는 기존 2D 간세포에 비해 민감한 독성 반응성을 나타냈으며, 3D 간세포 구조체가 신약개발 초기 단계에서 독성 및 유효성 평가를 위한 신뢰성 있는 평가 플랫폼으로 활용될 수 있을 것으로 전망된다.
KIT 세포모델연구그룹 김은미 그룹장은 “3D 줄기세포 유래 간세포 구조체가 다양한 질병을 치료할 수 있는 맞춤형 신약개발에 크게 기여하게 될 것으로 기대된다”라고 말했다.
향후 KIT 세모포델연구그룹 연구팀은 이미징 기반의 독성 스크리닝 기술과 줄기세포 유래 간 인공장기를 접목하여 더욱 고도화된 독성평가 기술을 개발해 나갈 예정이다.
한편, 해당 연구 내용은 생체재료공학분야 1위 저널인 ‘Biomaterials(IF 10.3)’의 제 269권호에 올해 2월 게재되었다.
[바이오타임즈=염현주 기자] yhj@biotimes.co.kr
