신장부터 모낭까지…'미니 장기' 연구 새 성과 잇따라

최근 국제 학술지에 인간 장기(臟器)를 본뜬 '미니 장기' 연구 성과가 잇따라 발표됐다.

미국 서던캘리포니아대(USC) 연구팀은 신장 발달을 이끄는 신호 환경을 인공적으로 재현했다. 이로써 실험마다 결과가 흔들리던 기존 신장 유사 장기의 한계를 넘어섰다.

연구팀은 인간 신장의 발달 과정을 분자 수준에서 지도로 그렸다. 여기서 신장의 핵심 여과 단위인 네프론을 배치하는 새로운 조절 축을 발견했다.

이를 바탕으로 '합성 조직자' 세포를 만들어 유사 장기 안에서 신장 발달 신호를 재현했다. 연구진은 이 기술이 신약 평가와 이식 가능한 신장 조직 배양의 기반이 될 것으로 기대했다.

미국 캘리포니아대 샌프란시스코(UCSF) 연구팀은 세포를 원하는 위치에 놓을 수 있는 신소재를 개발했다. '매직 매트릭스'로 이름 붙인 이 소재는 세포를 지지하면서도 영양을 공급하는 구조다.

저온에서는 인쇄하듯 세포를 정밀 배치할 수 있고, 체온에 가까워지면 기존 배양 환경과 비슷해진다. 연구팀은 이를 통해 모양이 제각각이던 유사 장기의 재현성 문제를 풀고자 했다.

국내 연구진은 인공지능(AI)과 유사 장기를 결합해 뇌종양 면역치료 후보물질을 찾는 체계를 만들었다. 연구팀의 예측 모델은 기존 도구보다 양성 예측률이 35% 이상 높았다.

이들은 교모세포종 환자 21명의 수술 조직에서 유사 장기를 배양했다. 이 유사 장기는 원래 종양의 유전자 변이와 분자 특성을 그대로 간직한 것으로 확인됐다.

영국 웰컴 생어 연구소는 암 환자 유래 유사 장기 256종을 모은 표본은행을 구축했다. 결장직장암, 위암, 췌장암 등 5대 암이 대상이다.

각 유사 장기에는 종양 단계와 치료 이력 등 환자 임상 정보가 함께 담겼다. 연구팀은 유전자 편집 기술(CRISPR)로 암세포가 의존하는 유전자를 대규모로 찾아내고 데이터를 전 세계에 공개했다.

일본 도쿄대·지바대 연구팀은 인간 장(腸) 유사 장기로 염증성 장질환(IBD) 치료 후보 물질을 발굴했다. 감초에서 얻은 '글리시리진' 성분이 장 상피세포의 염증성 사멸을 막는 것으로 나타났다.

기존 세포주는 실제 환자의 장 상피세포 반응을 재현하지 못해 신약 개발이 막혀 있었다. 연구팀은 이번 유사 장기 체계로 이런 난점을 해결했다고 설명했다.

중국 육군군의대 연구팀은 모낭 유사 장기를 피부에 주입하는 미세바늘을 개발했다. 이 바늘은 세포를 감싼 껍질에 영양 통로를 뚫어 이식한 유사 장기의 생존을 도왔다.

생쥐 실험에서 이 미세바늘로 이식한 모낭은 단일·이중 모낭 단위를 형성했다. 새로 자란 털은 7주간 한 주기의 생장을 마치고 다음 주기로 이어졌다.

미국 연구진은 코르티솔(스트레스 호르몬)을 만드는 인간 부신피질 유사 장기를 처음 개발했다. 이 유사 장기는 발달 중인 부신의 구조와 기능을 재현했다.

연구진은 이번 성과가 부신 질환의 재생 치료 기반이 될 것으로 보고 있다.

오스트리아 과학기술연구소 연구팀은 뇌 유사 장기에서 줄기세포 분열을 단일 세포 수준으로 추적했다. 그 결과 유사 장기의 발달 순서가 실제 배아와 다르게 흐트러진다는 사실을 확인했다.

연구진은 유사 장기가 뇌 발달 연구에서 지닌 효용과 한계를 이번 연구로 분명히 했다고 평가했다.