(Kidney organoids grown in the lab and suspended in a lab dish show the formation of cysts (right) in the disease model of polycystic kidney disease. Normal kidney organoids are on the left. Credit: Freedman Lab/UW Medicine)
과학자들은 줄기 세포를 이용해서 실험실에서 작은 미니 장기를 만들 수 있는 단계까지 도달했습니다. 오가노이드 (organoid)라고 불리는 이 미니 장기는 사람 몸에 이식하기에는 너무 작은 크기지만, 이 단계에서도 많은 도움이 될 것으로 기대되고 있습니다. 대표적인 응용분야는 동물 실험을 대신할 인공 장기 및 질병 모델 연구입니다.
과거 전통적으로 이 분야에는 쥐를 비롯한 다양한 동물들이 실험 모델로 이용되었으나 일부의 반대와 더불어 사람이 아니라는 큰 단점이 있었습니다. 생명 윤리를 제외하고 생각해도 동물에서 결과가 사람과 동일할 것이라고 장담을 하기 어려웠던 것입니다. 만약 사람 장기를 대상으로 실험을 제한없이 할 수 있다면 의학 연구에 적지 않은 기여가 가능할 것입니다.
워싱턴 의과대학의 벤자민 프리드만 (Benjamin Freedman, assistant professor of medicine in the Division of Nephrology at the UW School of Medicine)이 이끄는 미국, 캐나다 연구팀은 실험실에서 만든 미니 신장을 이용해서 흔한 신장 질환 가운데 하나인 다낭성 신종 (Polycystic kidney disease, PKD)의 질병 모델을 연구했습니다. 이 질병은 신장에 물혹이 여러 개 생기면서 신장 기능이 떨어지는 병입니다.
다낭성 신장병의 원인은 폴리시스틴이라는 단백질을 만드는 유전자의 결함으로 알려져 있습니다. 하지만 정확히 말하면 폴리시스틴 유전자의 결함이 모두 같은 정도로 질병을 만들지는 않습니다. 연구팀은 PKD 미니 신장을 만들어 어떤 환경에서 낭종이 잘 생기는지를 연구했습니다. 그 결과 폴리시스틴 단백질 자체가 주변의 미세 환경에 큰 영향을 받는다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 사람마다 다양한 질병 경과를 보이는 이유를 설명해줄 수 있습니다. 물론 궁극적으로 질병 진행을 막을 수 있는 단서를 얻을지도 모릅니다.
과거 이런 실험은 동물을 이용해서만 가능했습니다. 하지만 줄기 세포 연구 덕분에 이제 실제 사람의 미니 장기를 만들어 실험해 더 정확한 질병 원인에 대한 이해가 가능해진 셈입니다. 앞으로도 미니 장기들이 질병 치료에 큰 활약을 할 수 있기를 기대해 봅니다.
참고
Nature Materials (2017). Organoid cystogenesis reveals a critical role of microenvironment in human polycystic kidney disease, nature.com/articles/doi:10.1038/nmat4994
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