가톨릭세포치료사업단 뉴스레터 22호

Catholic Institute of Cell Therapy 가톨릭생명윤리를 기반으로 성체세포치료연구에 앞장서겠습니다.

[줄기세포 기반 신장-심장 질환 재생 치료 연구클러스터]

임상에서 심장 및 신장 이상을 동반하는 경우는 비교적 흔하게 볼 수 있다. 울혈성 심부전을 앓고 있는 환자는 신장 기능이 감소되어 투석을 더 일찍 시작하는 경우가 많으며, 만성 콩팥병을 앓는 환자의 대부분은 심혈관계 질환으로 사망한다. 최근에는 심장과 신장의 상호관계를 보이는 질환을 심신 증후군 (cardiorenal syndrome) 이라 한다. 심신 증후군은 매우 다양한 임상양상을 보이며 일반적으로 단일기관 (single organ) 이상에 비하여 이환율과 사망률이 매우 높다.

하지만 심장-신장 이상 동반 질환 연구를 위한 적절한 in vitro/in vivo 모델이 없어 체계적인 연구를 통한 병인기전의 이해가 어려우며 진단 및 치료법의 개발이 지연되고 있다. 이에 본 클러스터의 목적은

1. 유도 만능 줄기세포를 이용하여 심근 세포와 신장 오가노이드로 각각 분화를 유도하고 2. 이를 이용하여 심장-신장 칩 (Heart-Kidney-on-a-chip)을 개발하여 3. 심장-신장 복합 질환의 병인 기전 연구 4. 심장-신장 복합 질환 진단을 위한 바이오 마커 발굴 5. 줄기세포를 이용하여 심장-신장 복합 질환 치료제를 개발하는데 있다.

신장내과 김용균 교수, 순환기내과 박훈준 교수, 해부학교실 김인범 교수팀이 모인 줄기세포 기반 신장-심장 질환 재생 치료 연구클러스터는 현재 1번 목표를 달성하였고, 2번 목표인 독창적인 심장-신장 칩 (Heart-Kidney-on-a-chip)을 개발하고 있다.

3번 목표에 대해서는 난치성 유전병인 파브리병을 모델링하기 위해 CRISPR-Cas9 유전자 편집기술을 이용하여 GLA KO iPSCs를 제작해 이를 각각 신장 오가노이드와 심장 세포로 분화시키는데 성공 하였으며, 이를 통해 새로운 질병 기전을 찾아내고 신약 스크리닝을 위한 연구를 개발하며, 4,5 목표를 실현 중이다.

본 연구클러스터는 연구진간의 활발한 소통과 긴밀한 교류를 특장점으로 심장-신장 분야의 유기적인 네트워크를 형성하여 목표를 향해 꾸준히 달려나가고있다.

[오가노이드를 이용한 조직재생 연구클러스터]

뇌전증 등 완치가 어려운 난치성 신경 질환은 고령화 사회 진입과 함께 유병율의 증가가 예측되므로, 이를 근본적으로 진단, 치료 및 예방할 수 있는 혁신적 기술 및 의약품에 대한 미래 수요가 증가할 가능성이 높다. 기존의 난치성 질환 연구는 주로 세포 및 동물 모델을 이용하여 치료 표적 바이오마커를 개발하고 기전을 밝히는 연구가 주로 이루어져 왔으나, 생쥐 모델로부터 발굴된 치료 타겟의 상당수가 임상시험에서 실패하였으며, 이는 생쥐와 인간 대뇌의 구조적 차이와 더불어 인간과 동물의 차이를 반증하는 결과라 할 수 있다(그림 1). 따라서 성공적인 중개연구를 위해서는 환자 샘플을 직접 이용하는 연구방법론이 필요하다.

최근 개발되어 그 응용기술이 점차 활성화되고 있는 오가노이드는 성체줄기세포, 배아줄기세포, 또는 유도만능줄기세포로부터 자가 재생 및 자가 조직화를 통해 형성된 3차원 세포집합체다. 이 방법은 세포를 3차원 배양법으로 응집, 재조합하여 만들기 때문에 모델 장기의 특이적 세포 유형과 형태를 구성할 수 있으며, 이를 통해 인체의 생리활성기능을 유사하게 재현할 수 있다. 이는 세포가 유래한 장기 본연의 성질을 유지하는데 필요한 기질과의 상호 작용 및 조직 단위의 세포 특성을 재현할 수 없는 2차원 세포 배양법의 한계를 극복할 수 있다는 장점을 지닐 뿐만 아니라, 뇌질환과 같이 환자 샘플로는 기존에 구현하기 어려웠던 질병 모델링이 가능하게 한다. 특히 환자의 조직으로부터 유도만능줄기세포를 수립하는 경우, 환자의 조직으로부터 만들고자 하는 장기 오가노이드를 구축함으로써, 환자의 유전정보를 바탕으로 한 질병 모델링, 약물 스크리닝 등을 통한 맞춤형 정밀의료가 가능할 것으로 생각된다.

이에 본 연구클러스터는 소아 뇌전증 환자의 말초혈액을 이용해 환자유래 유도만능줄기세포를 수립하고, 이를 바탕으로 뇌 오가노이드를 제작하여 표현형 변화를 조사하는 연구를 진행하고 있다(그림 2). 유전자 돌연변이에 의한 소아 뇌전증 환자는 발작 뿐만 아니라 다양한 신경발달장애를 동반하는 경우가 많으므로, 뇌 오가노이드 모델을 통해 질환을 제어할 수 있는 최적의 해결책을 찾고자 노력하고 있다. 이를 위해 소아과, 신경외과 등의 임상의사, 뇌과학자, 기초의학자 등 각 분야의 전문가로 구성된 연구클러스터를 형성하고 유기적인 협력 연구를 통해 난치성 뇌질환을 치유할 수 있는 치료법 개발을 위해 노력하고 있다.

서울시 서초구 반포대로 222 가톨릭중앙의료원 의생명산업연구원 기톨릭세포치료사업단