[연구그림] 인공 미니 신장의 응용처 /UNIST 제공

사람 신장의 배관망 구조와 기능을 더 닮은 인공 미니 신장이 나왔다.

UNIST 바이오메디컬공학과 박태은 교수와 POSTECH 기계공학과 김동성 교수팀은 신장의 연결 구조와 세포 기능을 재현한 인공 미니 신장(신장 오가노이드)을 개발했다고 11일 밝혔다.

사람 신장은 ‘정화 장치’인 네프론 약 100만 개로 이뤄져 있다. 네프론 속을 흐르는 세관은 집합관으로 연결돼 노폐물이 배출된다. 그러나 지금까지 실험실에서 만든 오가노이드에는 이 집합관으로 연결되는 구조가 빠져 있었다. 또 네프론 안의 세포들도 덜 성숙해 진짜 신장의 기능을 하기 힘들었다.

[연구그림] 사람 배아가 발달되는 저산소 환경을 모사함으로써, 역분화줄기세포를 사람 신장과 더 닮은 인공 미니 신장으로 발달시킴 /UNIST 제공

연구팀은 배양 과정에 저산소 환경을 만들어 이 문제를 해결했다. 배아가 실제로 발달하는 환경은 산소가 풍부하지 않은데, 이를 모사하자 역분화줄기세포가 네프론 세포뿐 아니라 집합관으로 이어지는 세포까지 함께 만들어낸 것이다. 이 두 계열 세포가 서로 신호를 주고받으며 성장하면서, 여러 네프론이 집합관 유사 구조에 연결된 실제 신장과 가까운 네트워크가 형성됐다. 단일세포 유전체 분석을 해 본 결과, 세포 구성과 성숙도도 실제 인간 신장과 높은 유사성을 보였다.

이 인공 미니 신장은 질병에 걸린 장기 상태를 재현하는 ‘질환 모델링’과 약물 독성 평가에서도 유효성을 입증했다. 신장 전체 세관에 낭종이 퍼지는 다낭신 질환에 걸린 오가노이드를 만들어냈으며, 신독성 항암제를 처리했을 때도 기존 오가노이드보다 훨씬 민감하게 독성을 감지해 냈다.

[연구진사진] (좌측부터) 임현지 UNIST 연구원(제1저자), 박태은 UNIST 교수, 김동성 POSTECH 교수 /UNIST 제공

박태은 교수는 “발달 환경을 재현해 구조와 기능 모두 개선한 미니 인공 신장을 만들었다”며 “질병 치료제 후보군을 탐색하고 독성을 제대로 예측할 수 있는 기반을 마련해 오가노이드의 동물실험 대체 가능성을 높였다”고 말했다.

이번 연구는 UNIST 임현지 연구원이 제1저자로 참여했다.

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단의 중견연구자과제와 우수신진연구, 보건복지부의 한국형 ARPA-H 프로젝트, 산업통상자원부의 산업기술 알키미스트 프로젝트 사업 및 울산과학기술원의 지원을 받아 수행되었으며, 결과는 국제학술지인 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 8월 21일 자로 온라인 게재됐다.

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