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[표지로 읽는 과학] 항암·맞춤치료 혁명 가져올 '오가노이드'

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[표지로 읽는 과학] 항암·맞춤치료 혁명 가져올 '오가노이드'

2019.06.09 06:00
실제 조직이나 장기와 닮은 오가노이드를 이용하면 병의 원인이나 진행 과정을 밝히거나 신약의 효과 등을 확인할 수 있다. 사이언스 제공
실제 조직이나 장기와 닮은 오가노이드를 이용하면 병의 원인이나 진행 과정을 밝히거나 신약의 효과 등을 확인할 수 있다. 사이언스 제공

국제학술지 사이언스는 7일 인간의 기도를 흉내 낸 오가노이드를 3차원 공초점현미경으로 촬영한 사진을 표지로 담았다. 파란색이 DNA, 빨간색이 단백질이다.  사이언스는 이번 특집기사에서 십수년간 과학자들이 오가노이드를 만들어 연구한 결과를 총정리했다.

 

오가노이드는 줄기세포를 3차원으로 쌓아 배양한 것으로 실제 조직과 닮아 약물 효과나 질병 원인, 생리적인 반응 등을 연구할 때 사용한다. 동물에게 실험할 때보다 훨씬 정확한 결과를 얻을 수 있고, 살아 있는 사람에게 할 수 없는 실험까지 할 수 있다는 장점이 있다. 오가노이드가 인체를 대체하기 위해서는 실제 세포 내에서 일어나는 현상과 미세환경이 닮아야 하고, 외부에서 인위적으로 조절할 수 있어야 한다.

 

먼저 한스 클레버스 네덜란드 위트레흐트 의학연구소 교수와 데이비드 투베슨 미국 로스가르텐 연구재단 췌장암 연구소 수석 연구원 공동연구팀은 그간 과학자들이 암을 연구하기 위해 오가노이드를 만들었던 연구 결과를 소개했다. 암이 발생하는 원인을 찾거나, 암이 전이되는 과정, 또는 새로 개발한 항암제의 효과를 확인할 때 오가노이드를 쓸 수 있다. 

 

클레버스 교수는 "체내에서 암이 발견되면 빨리 없애야 하는데, 암에 대해 연구하려면 오랫동안 살아 있는 암 조직 샘플이 많이 필요하다"면서 "암조직을 흉내 낸 오가노이드가 확실한 도구"라고 말했다. 그는 "예를 들어 MLH1, APC처럼 돌연변이가 생겼을 때 암을 유발하는 것으로 알려진 유전자를 연구하기 위해 크리스퍼 유전자 가위로 이 유전자들을 없앤 세포들을 오가노이드로 배양한다"며 "암이 어떻게 발생하는지 과정을 관찰하거나, 암조직 주변의 미세환경을 연구할 수 있다"고 소개했다. 

 

과학자들이 암 오가노이드를 활용하면 개인 맞춤형 치료도 설계할 수 있을 전망이다. 환자마다 어떤 유전자에 돌연변이가 있어 암이 발생했는지 원인을 찾거나, 개별 항암제의 치료효과가 어떻게 나타나는지 미리 알 수 있기 때문이다. 
 
클레버스 교수는 "최근에는 항암치료 중에 암세포와 면역세포가 서로 어떤 작용을 하는지, 어떻게 하면 면역세포가 암세포를 공격하게 만들 수 있는지 등도 오가노이드로 연구하고 있다"고 말했다.  과학자들은 줄기세포를 어떻게 쌓아야 실제 조직과 비슷한 오가노이드를 디자인할 수 있는지에 대해서도 연구하고 있다. 

 

타카노리 타케베 일본 도쿄의과치과대 교수와 제임스 웰스 미국 신시내티어린이병원 내분비내과 교수 공동연구팀이나 막달레나 제르니카-겟츠 영국 케임브리지대 생리학과 포유동물배아및줄기세포연구소 교수팀 등은 오가노이드가 실제 장기처럼 성장하고 생리적으로 기능하려면 3차원 형태와 구조가 실제와 비슷해야 한다고 생각한다. 그래서 배아 발생 중에 줄기세포가 각 세포로 분화하면서 어떻게 배열되고 각 기관을 형성하는지 관찰해 그 답을 찾고 있다.

 

제르니카-겟츠 교수팀은 지난해 3월 쥐의 배아줄기세포를 쌓아 인공 배아를 만드는 실험에 성공한 연구 결과를 사이언스에 싣기도 했다. 당시 연구팀이 만든 인공 배아는 실제 쥐의 배아와 형태와 생리활성이 매우 비슷하다는 평가를 받았다.

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