한국생명공학연구원(이하 생명연)은 환경질환연구센터 이정운 박사팀이 우리 몸의 1차 방어기관인 피부를 모사해 상처 치료를 촉진하는 기능성 상피 오가노이드를 개발했다고 17일 밝혔다.
오가노이드는 장기 등에서 추출한 조직 샘플이나 줄기세포를 3차원으로 증식한 장기유사체로 생체 내외의 특성을 모사할 수 있어 질병메커니즘 연구, 신약개발 등 다양한 바이오 분야에서 활용된다.
그동안 피부 상피 연구는 사람 표피에서 분리한 각질형성세포를 2차원 배양한 세포주를 이용했지만, 이는 세포 간 상호작용과 같이 세포 본연의 생리조건을 모사하는 데 한계가 있었다.
이에 각질형성세포를 분리해 오가노이드로 배양하는 방법이 개발됐지만, 양산 한계 등으로 새로운 모델개발이 필요했다.
연구팀은 마우스 유도만능줄기세포를 이용해 피부 상피 오가노이드를 개발했다.
마우스 유도만능줄기세포 유래 피부상피 오가노이드의 분화법, A.상피 오가노이드로의 분화 유도 과정, B.상피 오가노이드의 내부 각질층 형성 확인, C.실제 상피와 같이 기저층, 유극층, 과립층, 각질층의 4개 상피 세포층 구성 확인. 한국생명공학연구 연구팀이 개발한 상피 오가노이드는 피부조직 내 상피 줄기세포를 포함해 실제 표피와 동일한 기저층, 유극층, 과립층, 각질층 4개 상피 세포층 구조로 구성된다.
특히 기존 각질형성세포 유래 오가노이드보다 상피 줄기세포군을 많이 포함해 미세환경 변화에 따라 모낭 줄기세포군으로의 분화 능력이 향상됐다.
이와 함께 연구팀은 개발한 오가노이드의 피부재생 효과도 확인했다.
상피 오가노이드 유래 세포 외 소포체의 피부상처 치유 효과. 한국생명공학연구원 세포외소포체(EVs)는 세포 내에서 생성돼 외부로 방출되는 나노크기 분비체로, 핵산, 대사물질, 단백질 등 다양한 생체분자를 포함해 세포 간 정보교환과 조절기능을 한다.
아울러 조직 재생, 염증 및 면역반응 조절, 항상성 유지 등에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려졌다.
연구팀이 개발한 오가노이드는 다량의 세포외소포체를 분비해 상피세포 배양 복합체보다 우수한 상처 치료 효과를 지녀 피부질환 모델로서 활용 가능성이 높다.
또 세포외소포체 공급원으로서의 오가노이드를 이용한 첨단치료제 개발에도 새로운 가능성을 제시했다.
이 박사는 “이번에 개발한 생체 외 피부모델로 질병, 노화 등 피부재생에 영향을 주는 다양한 물질 평가는 물론 치료제 개발의 기초자료를 제공할 수 있다”며 “향후 인체 생체 외 피부 모델과 함께 생물학적, 임상연구에 주요하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
