농촌진흥청(청장 정황근)은 돼지 간을 이용해 인간의 장기와 구조·기능적으로 비슷하면서 면역 거부반응이 없는 이종이식1)용 인공 간을 제작하는 데 성공했다고 밝혔다.
우리나라에서 간 관련 질병은 다른 질환에 비해 사망률이 높다. 특히, 간암 등 난치성 간질환의 치료법은 장기 이식이 있지만 이식 가능한 공여 장기가 절대적으로 부족한 실정이다.
이번 연구는 농촌진흥청에서 추진하는 우장춘프로젝트사업2)의 하나로 서울대(강경선 교수)·강원대와 공동으로 수행했으며, 결과는 조직공학과 재생의학 분야의 대표적 학술지인 'Tissue Engineering Part A'(mrnIF 86.74)와 'Acta Biomaterialia'(mrnIF 89.69)에 발표했다.
※ 논문명 : Decelluarized liver extracellular matrix as promising tools for transplantable bioengineered liver promotes hepatic lineage commitments of induced pluripotent stem
※ 논문명 : Heparin-gelatin mixture improves vascular reconstruction efficiency and hepatic function in bioengineered livers.
인간의 장기를 대체하기 위한 바이오장기 연구는 면역유전자를 조절한 바이오장기용 형질전환 가축 개발, 3D 바이오프린팅 기술, 인체장기를 모사하는 생체모사(biomimetics) 기술 등이 있다.
최근 우리나라 연구진이 생체모사 기술을 이용해 인공 간을 생산하는 기반 기술을 확보했다.
연구팀은 돼지 간을 이용해 이종이식 이종이식용 인공 간을 만드는 데 성공했으며, 이종이식 시 면역거부 반응의 원인물질(이종항원)인 이식항원을 없앤 돼지 간 유래의 스캐폴드3)를 제작했다.
또한 탈세포4) 스캐폴드의 혈관구조 내에 항응고(헤파린/젤라틴 코팅하는 기법) 처리 뒤 재세포화5)해 생체에 이식했을 때 혈액이 응고(혈전형성)되는 시간과 혈액흐름이 개선됨을 확인했다.
이는 혈액응고에 관련된 인자들(THBS1, THBXAS, PLSCR1)의 기능(발현)은 낮아지고 간세포 유전자(ALB, CYP2E1, GPX1, HMGCR, LDLR, CDH1)의 기능(발현)이 높아짐에 따라 개선된 결과로 인공 간의 실용화 가능성을 높였다는 것에 그 의미가 크다.
또한, 탈세포 스캐폴드 유래물질이 줄기세포를 간세포로 분화시키는 효율을 높이면서 간 기능을 증진함을 확인했다.
돼지 피부세포로부터 돼지 유도만능 줄기세포6)를 생산했고, 탈세포 스캐폴드 유래물질이 유도만능 줄기세포의 간 분화효율을 높이는 것을 확인했으며 재세포화된 스캐폴드의 간 기능도 향상됨을 확인했다.
앞으로 이번에 개발한 기술은 이식환자의 역분화 줄기세포를 이용해 만든 간 분화세포로 스캐폴드를 재세포화 함으로서 환자에게 특화된 맞춤형 인공 간 개발에 활용이 가능할 것으로 기대된다.
농촌진흥청 조남준 연구운영과장은 “인공장기 개발과 실용화까지는 극복해야 할 기술적 한계가 많으며 이러한 문제해결을 위해 꾸준한 투자와 지속적인 기술개발이 필요하다.”라고 말했다.
또한 “본 연구 결과는 이종간 면역거부 반응 해결을 위한 국내의 기초 기술력 확보에 큰 의미가 있는 성과로 앞으로 추가적인 성과가 기대된다.”라고 덧붙였다.
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1) 이종이식 : 다른 종간의 장기 이식 (예 : 사람-돼지)
2) 우장춘프로젝트 : 농촌진흥청이 세계 최고수준의 과학자 양성과 농업 및 농촌발전의 새로운 동력을 창출하기 위한 미래원천기술 개발을 목적으로 지원하는 사업(2010년~2019년)으로 연간 약 50억원 규모로 10년간 지원한다.
3) 스캐폴드 : 장기에서 세포를 제거(탈세포)하고 남는 장기의 껍데기(장기 외형을 보존하면서 흰색으로 나타남)4) 탈세포화 : 면역거부반응을 유도하는 물질을 갖는 세포를 제거함
5) 재세포화 : 탈세포된 스캐폴드에 원하는 세포를 주입하여 다시 세포가 들어있는 장기를 만듦
6) 유도만능 줄기세포 : 이미 분화된 체세포로부터 만들어진 배아줄기세포와 유사한 기능을 하는 줄기세포
