장기 맞춤형 오가노이드 배양 및 이식 플랫폼 개발

연세대학교 생명공학과 조승우 교수 연구팀은 생체 조직의 고유 성분을 활용해 오가노이드(Organoid)를 삼차원 배양할 수 있는 새로운 배양 지지체를 개발했다. 본 연구에서는 조직 내의 세포들은 모두 제거하고 조직 특이적 세포외기질(Extracellular matrix) 성분은 보존하는 탈세포(Decellularization) 공정을 이용해, 오가노이드 맞춤형 하이드로젤(Hydrogel) 지지체를 제작했다.

‘미니 장기’라고도 불리는 오가노이드는 장기의 구조와 기능을 매우 유사하게 모사할 수 있는 3차원 체외 모델로서, 질환 기전 연구, 신약 및 재생 치료제 개발 등에 활발히 사용되고 있다. 현재 대부분의 오가노이드 배양 소재로 사용되고 있는 동물 암 조직 유래 매트릭스는 안전성, 재현성, 고비용 등 여러 문제점이 있어 새로운 배양 지지체의 필요성이 매우 높다. 이에 본 연구진은 오가노이드를 효과적으로 유도ㆍ발달시킬 수 있으면서 기존 암 조직 유래 배양 소재를 대체할 수 있는 안전성 및 재현성이 뛰어난 새로운 배양 지지체를 개발했다.

본 연구에서는 위·장 조직의 탈세포 공정의 최적화를 통해, 위·장 특이적 세포외기질 성분을 잘 보존된 하이드로젤 지지체를 제작하였다. 독성 및 염증 반응 분석을 통해 안전성이 뛰어난 재료임을 검증하였고, 배치가 달라져도 세포외기질 성분의 차이가 거의 없음을 확인하였다. 또한, 위·장 조직 유래 하이드로젤에 오가노이드를 배양했을 때, 기존 상용화된 매트릭스와 동등한 수준의 고품질 위·장 오가노이드가 형성됨을 확인하였으며, 추가적으로 위·장 오가노이드 장기 배양 및 이식 치료에 효과적으로 활용될 수 있음을 검증하는 다양한 실험 결과들을 확보하였다.

이번 연구를 통해 개발한 장기 맞춤형 오가노이드 배양 지지체는 기존 오가노이드 배양 소재의 문제점인 배치 간 차이로 인한 낮은 재현성, 안전성, 고비용 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 따라서, 기존 소재를 대체해 대규모 신약 스크리닝, 환자 맞춤형 질환 모델링 등 다양한 전임상 연구의 플랫폼 기술로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 본 연구 결과는 세계적인 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 3월 30일 게재되었으며, 연세대 생명공학과 김수란 박사, 민성진 박사가 공동 제1저자로, 조승우 교수가 교신저자로 참여했다.

[논문의 주요 내용 그림 설명; 장기 맞춤형 탈세포 조직 유래 오가노이드 배양 지지체 제작 및 개발한 지지체에서 형성된 위 및 장 오가노이드]