[한국기술뉴스] 고려대학교 기계공학과 정석 교수팀 소속 정용훈 박사과정 학생이 연세대 세브란스 병원 민병소 교수의 공동 지도 아래 환자의 장기 조직으로부터 채취한 성체줄기세포를 이용하여 만든 장기 모사체 오가노이드(Organoid)를 균일하게 대량 배양하고 분석하는 플랫폼을 개발했다. 이를 통해 기존의 오가노이드 약물 스크리닝의 정확성과 효율을 높였다.

오가노이드란 성체줄기세포 혹은 만능유도줄기세포를 이용하여 인체 장기의 구조, 구성, 기능을 모사하는 3차원 세포 구조체이다. 이 중 성체줄기세포를 활용한 오가노이드의 개념은 한스 클래버스(H. Clevers) 그룹에 의해 널리 사용되게 되었는데, 이러한 오가노이드는 인체의 특정 조직이나 장기의 구조를 발달과정부터 유사하게 모사할 수 있으며, 특정 질병 또한 모사할 수 있다.

이러한 오가노이드의 장점은 기존 배양 접시의 2차원적인 세포 구조와는 다른, 3차원 구조체로 배양할 수 있다는 점이며, 이를 통해 특정 조직이나 장기의 대표적인 구조와 기능을 체외에서 모델링할 수 있다는 점이다. 오가노이드 배양 과정에서 가장 많이 사용되는  Matrigel의 경우 세포외기질(Extracellular matrix) 요소인 라미닌(Laminin)과 콜라겐(Collagen) 등을 가지고 있는 하이드로젤로, 소수의 성체줄기세포에서 다양한 조성과 복잡한 구조를 형상하는 오가노이드의 배양을 지지하는 역할을 하지만, 이렇게 자란 오가노이드는 그 크기와 형태가 제각각 다르며 표준화가 되어 있지 않은 한계가 있다. 이렇게 균일하지 않은 오가노이드에 효과를 확인하고자 하는 약물을 처리하였을 때, 오가노이드 내 세포의 반응이 균일하지 않고 오류가 크며, 정량화가 어렵다는 한계가 존재했다.

연구팀은 균일한 크기 및 구조를 가진 오가노이드를 대양 배양할 수 있는 Hydro Plate를 개발, 배양한 균일한 오가노이드를 Hydro Organoid로 명명했다. 연규팀은 개발된 플랫폼을 이용하면 기존 오가노이드 약물평가 진행 시 발생하던 결과 값의 큰 편차를 없애어 분석의 정확성을 높일 수 있음을 증명했다. 또한 개발된 플랫폼에서 배양된 Hydro Organoid가 기존 Matrigel 지지체에서 자란 오가노이드와 구조 및 기능면에서 차이가 없음을 각종 단백질과 유전체 분석을 통해 확인했다. 개발된 Hydro Plate는 기존 96웰 플레이트에 기반을 두어, 상용화된 다양한 고속 분석 장비에 문제없이 사용할 수 있으며, 96웰의 각 웰 안에 4개, 6개 혹은 9개의 서브 웰들이 통합되어 사용자가 쉽게 통계처리를 진행할 수 있다.

해당 기술을 통해 기존에 사용되던 2차원 세포 배양 기반 약물 평가 방법이나, 3차원 스페로이드 기반 약물 평가 방법들 보다 인체와 훨씬 더 유사한 장기 모사체를 대량으로 균일하게 배양할 수 있게 됐으며, 항암제와 같은 다양한 약물의 분석을 대량, 고속으로 진행할 수 있게 됐다. 세브란스병원의 민병소 교수와 넥스트앤바이오는 이 플랫폼을 통해 대장암 환자의 치료 과정에서 환자유래 오가노이드를 이용, 환자의 특성에 맞춘 최적의 치료 조합을 찾아내는 플랫폼을 개발 중이다.

연구 결과는 국제학술지 ‘Biomaterials(IF:12.479)’에 7월 1일 출판됐다.