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KIT소식

Toward Public Health & Safe Society

보도자료

장 내 마이크로바이옴 효능 및 장 질환 치료제 개발을 위한 새로운 평가법 제시

  • 조회수457
  • 등록일2021.12.09

 

장 내 마이크로바이옴 효능 및 장 질환 치료제 개발을 위한

새로운 평가법 제시

- 장관 오가노이드 기능 정량적 평가 기술 개발 -

- 임피던스를 활용한 평가시스템 개발 -


안전성평가연구소(소장 정은주)는 장관 오가노이드 막 기능성을 정량적으로 측정할 수 있는 임피던스 평가 시스템을 개발함으로써, 향후 간, 폐와 같은 다양한 생체조직의 오가노이드 막 기능을 평가할 수 있을 것으로 기대된다고 밝혔다.

장관(腸管) : 큰창자와 작은창자를 통틀어 이르는 말
오가노이드(Organoid) : 줄기세포를 3차원적으로 배양하거나 재조합해 만든 장기유사체로 신약개발 및 질병치료 등의 목적으로 활용 가능하다.

막의 기능은 조직의 기능을 평가하는 주요 지표 중 하나이며 특히, 오가노이드의 기능성을 평가하기 위해서 막의 기능 평가는 중요한 지표이다. 이는 약물의 흡수도 등에 이상이 있는지를 평가할 때도 주요한 인자로 확인한다.

인체의 장관 막은 소화, 흡수 과정에서 미생물이나 항원, 독소 등이 혈류로 유입되는 것을 차단하는 면역학적 기능을 수행하며, 만약 장관 막이 정상적인 기능을 하지 못하게 되면 심각한 면역 반응 및 만성 면역 질환이 유발하게 된다.

최근 오가노이드 연구 기술의 발전으로 인체 장관과 유사한 기능을 가진 줄기세포 유래 장관 오가노이드 모델이 개발되어 새로운 치료제 개발 뿐만 아니라, 독성평가 모델이 제시되고 있다.

이러한 장관 오가노이드의 막 기능 또는 무결성(Barrier Integrity)을 평가하는 방법으로 TEER(Transepithelial/transendothelial electrical resistance) 시스템이 대표적으로 활용되고 있으나, 이 경우 오가노이드를 분해하여 측정하기 때문에 그 과정에서 오가노이드 특성이 변화할 수 있다.

무결성 : 무결성은 완전성을 이르는 말로 세포막의 무결성 유지는 모든 기본적인 생물학적 과정에 필수적 이다.

또한 장관 오가노이드는 구조적으로 내부가 비어있는 내강(lumen)과 폴딩(Folding) 구조를 통해 장 상피를 모사하는 다차원의 구조체를 형성하고 있어 장 상피세포의 막 기능성을 정량적으로 평가하는데 어려운 한계가 있다.

해당 연구는 안전성평가연구소 임피던스 기반 독성평가 기술과 한국생명공학연구원 손미영 박사팀의 독보적인 장관 오가노이드 성숙화 기술을 바탕으로 공동 연구로 진행하였으며, 이를 통해 장관 오가노이드의 막 기능성 및 손상 정도를 데이터 편차없이 평가할 수 있는 임피던스 기반 평가 시스템을 개발하였다.

해당 연구를 위해 장관 오가노이드를 멀티채널에 주입시킨 후 교류를 흘려 세포의 저항을 측정하였으며, 장관이 성숙할수록 막 접합 단백질이 증가함에 따라 저항값이 높아지는 것을 확인하였다.

임피던스(Impedance)는 교류 회로에서 전류가 흐르기 어려운 정도를 나타내는 것으로, 오가노이드 성숙화에 따른 막의 단백질 증가는 체내의 반응 오차를 줄임으로서 인체 유사도가 증가함을 알 수 있으며 단백질이 저항값을 높인 것을 알 수 있다.

이번 연구 결과는 장내 마이크로바이옴의 효능 평가 모델로 활용할 수 있으며 향후 크론병(Crohn’s Disease)과 같은 장 질환 치료제 개발에 중요한 평가법으로 제시할 수 있을 것으로 보인다.

임피던스 기술은 장관의 막 기능에 영향을 미칠 수 있는 약물, 화학물질, 독소 및 미생물 스크리닝 및 효능 연구에도 활용 가능하며 특히, 간단하고 비침습적인 방법으로 오가노이드의 막 기능을 실시간으로 모니터링 할 수 있다는 점에서 활용도가 매우 높다.

예측독성연구본부 오정화 박사는오가노이드가 성숙화 될수록 생체조직과 유사한 구조적 복잡성을 보이기 때문에 일정하게 평가하는 방법은 매우 중요하다.”라며임피던스를 통한 평가시스템을 타 장기 구조체 및 오가노이드 모델 평가에 적용하기 위한 관련 연구를 계속해서 추진해 나갈 계획이다.”라고 말했다.

한편, 해당 연구는 과기부 간 질환 모델을 이용한 장-간축 기반 마이크로바이옴 평가 시스템 개발의 연구 결과이며, 화학 분야 권위지인 Analytical Chemistry(해당 분야 상위 9%)에 게재되었다.

논문명 : Impedance Measurement System for Assessing the Barrier Integrity of Three-Dimensional Human Intestinal Organoids
- 주 저자 : 안재환(안전성평가연구소)
- 공동1저자 : 정광보(한국생명공학연구원)
- 교신저자 : 오정화(안전성평가연구소)
- 공동교신저자 : 손미영(한국생명공학연구원)