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산업바이오&ICT
균일한 인공장기 유사체 대량 배양·분석 플랫폼 개발

고려대 정석-포스텍 김동성 교수팀 잇단 결실

특정 장기 기능 체외서 모델링

오가노이드 약물 평가 정확성↑

항암제 등 대량·고속 분석 가능

정석 고려대 창업지원단장




고려대(총장 정진택) 연구팀이 환자의 장기 조직에서 채취한 성체 줄기세포를 이용해 만든 장기 모사체 오가노이드를 균일하게 대량 배양하고 분석하는 플랫폼을 개발했다고 14일 밝혔다. 이를 통해 기존 오가노이드 약물 스크리닝의 정확성과 효율을 높일 수 있게 됐다. 오가노이드는 줄기세포를 3차원적으로 배양하거나 재조합한 장기 유사체로 신약 개발과 질병 치료, 인공 장기 개발 등에 쓰인다.

이날 포항공대(포스텍·총장 김무환) 연구팀도 인체 장기의 기능과 구조가 유사한 3차원 세포 응집체를 장기간 균일하고 안정적으로 배양할 수 있는 ‘고기능성 3차원 스페로이드 배양 플랫폼’을 개발했다고 밝혔다. 이에 고기능성 오가노이드 배양 연구에 활용이 가능해질 것으로 보인다.

오가노이드는 3차원 구조체로 배양해 특정 조직이나 장기의 대표적인 구조와 기능을 체외에서 모델링할 수 있다. 다만 오가노이드 내 세포의 반응이 균일하지 않고 오류가 크며 정량화가 어렵다는 한계가 존재했다.

고려대 연구팀의 균일한 오가노이드 대량 배양과 분석 플랫폼 개발 연구 성과.


고려대 연구팀은 균일한 크기 및 구조를 가진 오가노이드를 대량 배양할 수 있는 하이드로 플레이트를 개발하고 배양한 균일한 오가노이드를 하이드로 오가노이드로 명명했다. 연구팀이 개발한 플랫폼을 이용하면 기존 오가노이드 약물 평가 진행 시 발생하던 결과값의 큰 편차를 없애 분석의 정확성을 높일 수 있다. 이 연구는 정석 고대 기계공학과·KU-KIST융합대학원 교수 연구팀의 정용훈 박사과정생이 정 교수와 민병소 연세대 세브란스병원 교수에게 공동 지도를 받아 연구했다. 연구에는 김진아 고려대 연구교수와 넥스트앤바이오의 연구진도 함께 협력했다. 이 연구는 세계적 학술지 ‘바이오머리티얼스’에 실렸다.

이 기술을 통해 기존 방법보다 인체와 훨씬 더 유사한 장기 모사체를 대량으로 균일하게 배양할 수 있으며 항암제 등 다양한 약물의 분석을 대량·고속으로 진행할 수 있게 됐다. 민 교수와 넥스트앤바이오는 이 플랫폼으로 대장암 환자의 치료 과정에서 환자 유래 오가노이드를 이용해 맞춤형 치료 플랫폼을 개발하고 있다.



포스텍 연구팀은 생존 능력과 기능성이 향상된 스페로이드를 균일하게 안정적으로 만들 수 있고 장기간 배양까지 할 수 있는 물질 투과성 나노섬유 마이크로웰 어레이를 개발했다. 이 연구에는 김동성 기계공학과 교수, 통합과정 김도희 씨, 이성진 씨가 참여했다.

나노섬유 멤브레인 기반 나노성형 공정(위)과 나노섬유 마이크로웰 어레이(아래)


(오른쪽부터) 김동성 포스텍 기계공학과 교수, 통합과정 김도희 씨, 이성진 씨가 기념촬영을 하고 있다.


연구팀은 전기방사법으로 제작된 나노섬유 멤브레인을 3차원으로 가공할 수 있는 나노성형 공정을 새로 개발했다. 이를 통해 크기, 종횡비, 웰 밀도 제어가 가능한 타원형 구조의 나노섬유 마이크로웰 어레이를 제작해 스페로이드들을 세포 손실 없이 균일하고 안정적인 방식으로 형성하는 데 성공했다. 김 교수는 “앞으로 고기능성 오가노이드 배양 연구에 활용이 가능할 것”이라고 기대했다. 이 연구 성과는 국제 학술지 ‘바이오패브리케이션’에 최근 게재됐다.
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