[붙임] 연구결과 개요

1.연구배경

기존의 역분화줄기세포 유래 신장 오가노이드는 사구체, 근위세뇨관, 원위세뇨관 등 일부 네프론 구조는 형성했지만, 집합관 구조는 제외되었다. 실제 발달 과정을 충분히 재현하지 못해 성숙도도 낮은 한계가 있었다. 이러한 구조적 불완전성과 낮은 성숙도는 네프론 전반에 걸친 질병 표현형 유도나 약물 반응 관찰에 어려움을 초래해, 정밀한 체외 인간 신장 모델로 활용되기엔 부족한 점이 있었다.

2.연구내용

연구팀은 인간 발달 환경을 모사하기 위해 역분화줄기세포 단계부터 신장 전구세포 분화 단계까지 저산소 조건하에서 배양함으로써, 두 가지 신장 전구세포 유사 세포를 모두 유도하는 데 성공했다. 집합관 유사 구조를 포함해 보다 정교한 네프론 구조를 가지는 저산소 기반 고도화된 신장 오가노이드는 향상된 관 구조를 형성했다. 단일세포유전체분석(scRNA-seq)에서 각 세관의 비율이 인간 신장과 유사할 뿐만 아니라, 모든 네프론 분절에 해당하는 세포 유형이 기존 모델 대비 성숙도가 향상된 것 또한 확인했다.

이러한 고도화된 오가노이드를 기반으로, 연구팀은 다낭신 표현형 유도에 성공하였으며, 각 네프론 세관에 모두 낭종을 유도함으로써 신장 네프론 전반에 걸친 다낭신 질병 모델링과 약물 후보군의 치료 효과를 확인했다. 또한, 기존 모델 대비 신독성이 있는 것으로 알려진 항암제인 cisplatin에 대해 훨씬 민감한 약물 독성 반응 예측 능력을 확인했으며, 후속 약물 유효성 평가 및 맞춤형 치료제 선별 플랫폼으로서의 활용 가능성을 입증했다.

3.기대효과

이번 연구는 인간 발달 환경을 정밀히 모사한 저산소 조건 기반의 고도화된 신장 오가노이드 모델을 구현함으로써, 기존 오가노이드의 구조적 기능적 한계를 극복하고 보다 성숙하고 복합적인 미니 신장 구조를 제시했다. 이 모델은 기존에 형성되지 않던 집합관 유사 구조까지 포함한 고차원 네프론 구조를 갖추고, 광범위한 세관 영역에서의 병리적 변화 유도 및 약물 반응 분석이 가능하다는 점에서, 정밀한 신장 질환 모델링과 치료제 평가 플랫폼으로서의 활용 가능성을 높였다.

특히, 이 모델은 다낭신 질환과 같은 복합 신질환의 표현형을 광범위하게 재현할 수 있으며, 다양한 약물 후보에 대한 신독성 반응을 높은 민감도로 예측할 수 있는 것이 확인됐다. 이에 따라, 정밀의료 기반 환자 맞춤형 약물 평가와 치료 전략 수립에 중요한 전임상 및 임상 도구로 활용될 것으로 기대된다. 향후 혈관 구조와의 통합을 통해, 복잡한 신장 미세환경을 재현한 차세대 신장 오가노이드 플랫폼으로의 확장도 가능할 전망이다.

[붙임] 용어설명

1.역분화 줄기세포(iPSC)

줄기세포는 모든 세포와 장기로 분화할 수 있는 세포다. 사람의 배아에서 얻는 배아줄기세포(ESC)와 달리, 역분화 줄기세포(iPSC)는 성체의 피부세포나 혈액세포 같은 이미 분화가 끝난 세포를 되돌려 ‘만능 상태’로 만든 세포다. 이렇게 되돌린 세포는 배아줄기세포처럼 다시 여러 장기 세포로 분화할 수 있다.

2.네프론
신장의 구조 및 기능적 단위. 사구체, 근위세뇨관, 헨레고리, 원위세뇨관, 집합관이 연결된 분절구조로 구성됨.

3.전구세포
전구세포는 특정한 유형의 세포로만 분화할 수 있는 제한된 능력을 가진 세포다. 신장의 네프론을 이루는 구조 가운데, 집합관으로 연결되는 부분은 나머지 부분과는 다른 기원의 전구세포가 분화해 만들어진다.

4.단일세포유전체분석 (scRNA-seq; single cell RNA sequencing)
단일 세포 수준에서 유전체 정보를 분석하는 기술로, 오가노이드 내 세포 유형 분석 및 유전자 발현 수준 비교 분석 등에 활용됨.

5.다낭신 (PKD; polycystic kidney disease)
신장 내에 여러 개의 낭종이 생기는 유전 질환. 낭종이 자라면서 신장 기능의 감소를 초래함.

[붙임] 그림설명

그림1. 저산소 기반 전구세포 동시 유도에 따른 고도화된 신장 오가노이드의 형성 모식도

그림2. 저산소 기반 고차원 신장 오가노이드의 생물학적 특성 및 맞춤형 정밀 의료 응용 가능성