한국생명공학연구원(이하 생명연)은 인간 전분화능 줄기세포로부터 분화된 3차원 장 오가노이드에 체외성숙화 기술을 적용해 진보된 형태의 숙주-공생미생물 간의 상호작용 연구 모델을 세계 최초로 보고했다고 밝혔다.

이번 성과는 장내미생물 연구를 위한 세포 모델의 수준을 한 단계 높인 것으로 기존 장세포 모델의 세포 다양성 및 기능성 부족 문제를 해결한 최초의 성과다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 대한민국 바이오 위대한 도전(Korea Bio Grand Challenge) 사업, 농촌진흥청사업 및 생명연 주요사업의 지원으로 수행했고, 생물학 분야의 권위지인 파셉 저널(the FASEB journal) 6월 30일 자 온라인판에 게재됐다.

연구팀은 3차원 인간 전분화능줄기세포 유래 장 오가노이드에 체외성숙화 기술을 도입해 장내미생물 생착에 유리한 미세 환경을 갖춘 숙주-장내미생물 상호작용 연구 모델을 제작했다.

이러한 체외성숙화 장 오가노이드는 장내미생물이 장 상피에 부착/증식하기 위해서 필수적인 것으로 알려진 뮤신(mucin)을 분비하는 기능성 배상세포(goblet cell)를 포함하고 있다. 이를 통해 뮤신층(mucus layer)을 형성하고, 장벽 기능(barrier function)을 증가한다.

그 결과 인간의 장과 유사한 환경을 조성하여 기존 장 오가노이드의 장내미생물 연구 모델로서 한계점을 극복했다.

실제로 유용 프로바이오틱스(probiotics, 유산균)로 알려진 락토바실러스를 미세주입해 생착이 증가함을 확인함으로써, 체외성숙 장 오가노이드의 장내미생물 연구 모델로서의 유용성을 증명했다.

생명연은 “이번 연구가 인간 전분화능줄기세포 유래 체외성숙 장 오가노이드 기반 락토바실러스 연구모델을 세계 최초로 보고했고, 이는 장내미생물 연구 플랫폼으로서 장 오가노이드의 실용화 기반을 구축했다는데 의의가 있다”고 밝혔다.

손미영 박사(줄기세포연구센터)는 “오가노이드 연구분야의 가장 큰 목표는 성인을 모사하는 수준 높은 고기능 인간 오가노이드를 다양한 연구를 위한 테스트-베드(test-bed)로써 제공하는 것이다”며 “특히 바이오 분야의 차세대 성장 동력으로 주목받고 있는 ‘마이크로바이옴’ 기반 치료제 연구 및 작용기전 연구에 혁신적으로 활용될 수 있다”고 말했다.

그러면서 “본 연구팀의 체외성숙화 장 오가노이드는 장내미생물의 생착과 증식이 가능한 최고 수준의 장내미생물 연구 모델로서 장내미생물과의 상호작용ㆍ기전 연구를 진행하고 있다”며 “최근에는 ‘마이크로바이옴’ 조절 기전을 통한 질환 치료제 연구 등 다양한 융합영역에서 본 연구팀의 오가노이드를 이용한 연구를 진행하고 있다”고 덧붙였다.