오가노이드란, 오가노이드 기술 발전과 가능성

의학기술의 발전에 따라, 질병을 정복해 나가는 속도가 빨라지고 있습니다.

그러나 신체 장기를 대처하는 기술은 아직까지 개발 초기 단계에 불과합니다.

오가노이드 연구는 향후 인간의 장기를 대체할 수 있는 기술로 평가받는데요.

 

오가노이드란 무엇인지, 현재 오가노이드의 기술 발전은 어디까지 진행되었는지 알아보고자 합니다.

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오가노이드

오가노이드란 줄기세포를 배양하거나 재조합해서 만든 사람의 장기 구조와 같은 조직을 만든 장기 유사체로, '유사 장기' 또는 '미니 장기'라고도 불립니다.

크기는 마이크로미터에서 최대 1 밀리미터로 다양하게 개발되고 있습니다.

 

오가노이드의 사용 목적으로는 새로운 약물을 동물 실험이나 사람을 대상으로 진행하는 임상실험 전에 오가노이드를 이용하여 약물을 평가할 수 있습니다.

인체를 대상으로 하는 연구에 유사 장기로 사용되어 인체 조직을 보다 직접적으로 탐구할 수 있습니다.

또한 현재 기술로는 불가능하지만 향후 인공 장기를 만들어 장기 기증에도 사용이 가능할 것으로 보고 있습니다.

 

 

오가노이드 기술 발전

2009년 한스 클레버 네덜란드 후브레히트연구소 교수팀이 성체 줄기세포를 이용해 장관 오가노이드를 만든 것을 시작으로 심장, 위, 간, 피부, 뇌 등을 축소한 오가노이드가 개발되었습니다.

 

2019년에는 미국 신시내티 아동병원 다카노리 다카베 박사팀에서 5년간의 연구 끝에 간·췌장 담관이 통합된 오가노이드를 만들어내는 성과를 거뒀는데요.

이미 신시내티 아동병원에서는 장과 위 오가노이드를 성장시켜 영양분 흡수와 위산 생성 등 장과 위의 작동 방식을 연구하였습니다.

오가노이드가 모양을 갖추기 시작하는 초기 배양 세포를 촬영한 초점 공유 현미경 이미지. ⓒ Cincinnati Children's

연구팀이 해당 연구에서 발견한 가장 중요한 부분은 '연결성'이라고 합니다.

기관 형성 이전에 조직 생성 방법을 디자인하여 조직들이 자연적으로 발달할 수 있게 한 것입니다.

 

이전에 다카베 박사는 오가노이드에 관한 수많은 업적을 가지고 있었지만, 해당 연구는 특히나 어려웠다고 합니다.

해당 세포가 계획대로 형성되도록 배양 시스템을 조정하여 융합과 변형을 이끌어내는 것에 엄청난 연구 시간이 들었다고 하는데요.

장장 5년이라는 시간을 들여 성공한 연구는 오가노이드의 엄청난 가능성을 보여주었습니다.

초기 배양 세포에서 형성된 간, 췌장, 담관 모형 ⓒ Cincinnati Children's

통합된 장기 시스템을 만들 수 있다는 것은 인간 발달을 연구할 수 있는 전례 없는 기회라고 할 수 있습니다.

 

 

 2021년 독일 뒤셀도르프 대학 병원에서 인간 유도 줄기 만능 세포를 이용해 뇌 오가노이드에 원시적인 초기 단계의 눈인 안배를 성장시키는 데 성공하였습니다.

안배
장차 눈의 주요부를 형성하는 부역
후에 망막이나 색소층 또는 시신경 등으로 분화

뇌 오가노이드에서 생성되는 원시적인 눈

눈은 뇌의 일부가 움푹하게 들어가 형성된 안포에서 생성됩니다.

안포가 발달하면 안배가 되는데, 망막과 렌즈가 될 부분이 분화하기 시작합니다.

 

이때까지는 뇌 오가노이드에서 완벽하게 발생에 성공한 적은 없었습니다.

해당 연구팀은 새로운 프로토콜을 이용해 발생 30일째에 안배 초기 구조물을 만들고, 50일에 완전한 형태의 안배를 성장시켰다고 합니다.

 

연구팀의 프로토콜을 이용해 만든 314개의 오가노이드에서 72%의 성공률을 기록하며 높은 재연율을 보이게 되어 프로토콜의 성능을 입증하게 되었는데요.

앞으로 뇌와 눈에 관련된 연구에 귀중한 정보를 제공하리라 예상됩니다.

 

 

2021년 10월 대한민국 농촌진흥청은 한우의 소장과 세포 구성 및 기능에 유사한 오가노이드를 국내 최초로 개발했는다고 하는데요.

연구진은 한우 소장에서 장 줄기세포를 포함한 조직을 분리해 3차원 배양을 통해 안정적으로 증식시켜 배양에 성공하였습니다.

이번에 개발된 오가노이드는 동물 실험에 활용이 가능하여 기존 실험동물의 보호와 비용 문제를 해결할 수 있게 되었습니다.

 

 

이처럼 오가노이드의 기술 발전으로 인해, 인공 장기, 줄기세포 치료제 등 여러 가능성이 커졌다고 볼 수 있는데요.

다만 아직은 초기 단계나 마찬가지이기 때문에 극복해야 할 문제가 한두 가지가 아니지만, 지금처럼 단계적으로 발전하다 보면 어느 순간 도달하지 않을까 생각합니다.

 

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여기까지 오가노이드란 무엇인지, 오가노이드 기술의 발전에 대해 알아보았습니다.

 

SF영화를 보면 기계 팔, 다리에 로봇으로 장기를 대체하는 장면을 본 적이 있습니다.

과연 미래에 개발될 대체 장기는 진짜 신체가 될지, 기계가 될지 궁금하지 않으십니까?

 

늦지 않게 오가노이드 기술이 발전하길 바라며, 여러모로 부족한 글을 마치겠습니다.