국내 연구진이 실제 인간 폐 환경을 모사해 바이러스, 세균 등으로 부터의 면역 반응을 볼 수 있는 모델을 개발했다. 신약개발과정에서 동물 대체 시험법인 오가노이드 기술이 더욱 중요해지는 가운데, 폐 구조는 물론, 면역 반응까지 처음 재현한 플랫폼으로 기대를 모은다.

한국생명공학연구원(이하 생명연) 줄기세포융합연구센터 이미옥 박사 연구팀은 질병청 김정현 박사 연구팀과 공동으로 실제 인간 폐 환경을 모사할 수 있는 '폐포 어셈블로이드(iAlvAssemb)'를 개발하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.

폐는 외부 공기와 직접 접촉하는 기관으로 바이러스, 세균, 미세먼지 등 유해 물질에 가장 먼저 노출되며, 이때 폐포 상피세포와 상주 대식세포는 1차 방어선으로서 상호 협력하여 초기 면역반응을 조율한다.

연구팀은 인간 줄기세포로부터 유도된 폐포 상피세포의 유사 세포와 대식세포의 유사 세포를 공동 배양하여 실제 인간 폐의 구조와 면역 반응을 재현할 수 있는 '유도 폐포 어셈블로이드'를 만들어냈다.

두 세포군 각각의 분화 및 기능적 특성을 최적화하고 공동 배양을 위한 맞춤형 배양 조건을 확립하여 세포 간 상호작용을 안정적으로 유지하는데도 성공했다.

생명연에 따르면 지금까지 이러한 세포 간 상호작용과 면역 기능에 대한 연구는 주로 마우스 등 실험동물 모델에 의존해왔다. 하지만 인간과 동물 간의 생리적 차이로 인해 실제 인간 폐의 세포 간 상호작용과 면역 반응을 정확히 재현하는 데 한계가 있었으며, 기존 폐 오가노이드 모델에는 면역세포가 포함되어 있지 않아 실제 폐의 복잡한 면역환경을 재현하는 데도 역부족이었다.

이번 연구는 생체 내 반응을 연구실에서 재현하고 분석할 수 있는 플랫폼을 처음 개발한 것으로 생체 외 환경에서 폐와 대식세포의 상호작용 및 조직적응을 보여줬다는데 의미가 있다.

특히, 손상된 상피세포 제거, 산화 지질 흡수, 결핵균 감염 반응 등 실제 폐포 대식세포가 수행하는 기능을 정교하게 재현할 수 있어 현재 중증 코로나바이러스 감염증 및 고위험조류독감 연구에 활용되고 있다.

연구책임자인 이미옥 박사는 "그동안 오가노이드연구에서 면역세포의 부재가 주요 기능적 한계로 지적 받아왔는데, 이번 연구를 통해 폐 손상 및 감염성 질환 연구를 위한 새로운 3D 연구플랫폼이 개발됐다"며 "향후 폐포 어셈블로이드를 활용하여 빠르고 정확한 폐면역반응모사를 통해 폐 재생 신약 개발 및 신변종 감염병의 신속한 대응에도 기여할 것으로 기대된다"라고 밝혔다.

이번 연구성과는 지난 4월 9일 세계적인 과학저널인 '네이처 커뮤니케이션즈' 온라인 판에 게재됐다.