`인공 간유사체 완성도 측정´신규 알고리즘 개발

향후 3차원 장기유사체(오가노이드) 개발에 활용 기대

순수 국내연구진이 인간 간세포(hepatocyte) 분화 수준을 평가하기 위한 정량적 예측 알고리즘을 개발 하였다. 다양한 인간세포로부터 제작된 3차원 간유사체(간과 유사한 기능을 할 수 있는 생체조직)의 분화 정도를 정량적으로 평가함으로써 고분화 간유사체 개발을 가속화 할 것으로 기대되고 있다.

▲ 한국생명공학연구원 홈페이지 캡쳐

한국생명공학연구원(이하 생명연, 원장 장규태) 연구팀(교신저자: 조현수/정초록/김남순 박사, 제1저자: 김대수/유제운/손미영 박사)이 수행한 이번 연구는 생명연의 BIG 사업(Big Issue Group 사업)의 지원으로 수행되었고, 생물학 분야의 세계적 저널인 헤파톨로지(Hepatology, IF 13.246) 6월 23일자 온라인 판에 게재되었다. (논문명 : A Liver-specific Gene Expression Panel Predicts the Differentiation Status of in vitro Hepatology Models)

BIG(Big Issue Group) 사업은 미래성장원천 창출을 위해 생명연 주요사업 중 중장기로 추진하는 중대형 사업으로서, 이번 성과는 “생체모사 배양 시스템 기반 개인 맞춤 질환모델 개발” 연구 그룹의 성과이다.

최근 간질환 연구와 신약개발을 위한 간유사체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

간은 우리 몸에서 해독을 담당하고 있으며, 독성의 표적 기관으로 이를 모방하는 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 특히 간은 해독작용, 단백질 합성, 양분 저장 등 물질대사에 중요한 역할을 담당하는 기관으로, 간 기능이 정상적으로 작동하지 못할 경우 간염, 간경변, 간암 등의 질병이 발병하고, 심할 경우 사망에 이르기도 한다.

체내로 흡수된 약물의 대부분은 간에서 분해되고, 또한 약물에 의한 독성에 의하여 간이 손상되기도 한다. 따라서 신약 효능 및 독성 시험을 수행할 때에 간은 가장 중요한 장기이며, 이를 모방한 간유사체를 제작하기 위하여 인간 전분화능 줄기세포(Human Pluripotent Stem Cell; hPSC) 및 다양한 인간세포를 이용한 간세포 분화 기술 개발이 중요한 대안으로 부각되고 있는 실정이다.

전분화능 줄기세포는 피부, 간, 심장 등의 생체의 거의 모든 조직으로 분화할 수 있는 줄기세포의 일종이다.

따라서 인간 간세포의 3차원 배양을 이용한 간유사체 및 전분화능 줄기세포 기반 간유사체 개발은 각종 신약개발, 약리학적/독성학적 산업에서 질병 모델링과 약물 스크리닝을 위한 성공적인 미래 모델이 될 것으로 기대되고 있다.

간유사체의 활용분야가 질병의 기전연구로부터 신약개발로 확대됨에 따라 고품질의 간유사체 제작 및 평가를 위해 새로운 정량적 평가 시스템 및 알고리즘 개발의 필요성이 대두되었다.

현재까지 제작된 간 유사체를 검증하기 위해서는 간 특이적 단백질 발현 혹은 효소의 활성을 시험하여 간유사체 분화와 기능을 정성적으로 평가하였다. 그러나 각 실험실에서 제작된 간유사체의 정성적 평가는 기준이 각각 달라 품질의 정량 평가가 어려웠다.

이에, 생명연 연구팀은 차세대 염기분석법(Next generation sequencing; NGS) 기반 인간 20개 장기 조직의 전사체 분석을 통해 `간유사체 평가 패널 및 알고리즘´을 구축하였고, 이를 통해 간유사체의 분화도 측정 및 정량적 평가가 가능할 것으로 기대되고 있다.

차세대 염기분석법은 2006년에 처음 개발 되었으며, 하나의 유전체를 작은 단편으로 읽은 후 생물정보학을 이용하여 조합함으로써 방대한 유전체 정보를 빠르게 해독하는 방법이다.

생명연 연구팀은 “이 연구성과는 최근 활발히 연구되고 있는 체외평가용 대체조직으로서 장기유사체의 정량적 분화도 및 성숙도를 측정하는 기반 기술을 개발한 것”이라며, “새로이 개발된 정량적 평가 시스템을 통해 향후 다양한 조직에 대해서 분화 평가가 가능할 것이며, 이를 통해 줄기세포 기반 세포 치료제 개발 및 약물 스크리닝용 대체조직 모델 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

박 향선기자