줄기세포 신장 오가노이드, 급성 신손상 연구와 재생의학 발전에 기여

연구자들이 신장 오가노이드 연구에서 상당한 진전을 이루며, 급성 신손상(AKI) 연구와 재생의학 발전을 위한 인간 유래 시스템을 제공하는 새로운 플랫폼을 선보이고 있다. Genome Medicine에 발표된 연구는 Monash University에서 개발한 살아있는 신장 오가노이드 모델을 설명하며, 이 모델은 인간 신장 손상의 주요 특징을 재현하여 일부 신장 세포가 회복되는 반면 다른 세포는 만성 질환으로 진행되는 이유를 조사할 수 있는 플랫폼을 제공한다. 별도로, University of Southern California의 과학자들은 실제 기관의 핵심 부분을 모방하는 미니어처 신장인 "신장 오가노이드"를 형성하기 위해 인공 "전구체" 네프론 세포를 성공적으로 생성했다.

Monash University의 오가노이드 플랫폼은 줄기세포에서 배양되며, 초기 신약 개발 연구자들에게 임상 시험으로 진행되기 전에 잠재적 치료법을 조사할 수 있는 보다 인간과 유사한 시스템을 제공할 수 있다. AKI는 대수술, 이식 또는 화학요법을 포함한 특정 약물 노출 후 발생할 수 있는 신장 기능의 급격한 저하로, Monash Health의 신장내과 과장인 John Kanellis 교수에 따르면 입원 환자의 최대 20%에 영향을 미친다. 이러한 임상적 영향에도 불구하고 AKI 후 신장 회복을 직접적으로 촉진하는 치료법은 제한적이다. 새로운 플랫폼을 통해 연구자들은 인간 유래 조직에서 신장 손상의 측면을 재현하고 다양한 세포 집단이 어떻게 반응하는지 조사할 수 있으며, 궁극적으로 신장을 보호하거나 손상 후 회복을 개선할 수 있는 치료법을 식별하는 것을 목표로 한다. 발생 및 질환 연구소 소장이자 Monash Genome Modification Platform 책임자인 Alexander Combes 박사는 팀이 현재 오가노이드 플랫폼을 사용하여 신장 손상에 재사용될 수 있는 기존 의약품을 포함한 잠재적 치료법을 선별하고 있다고 밝혔다.

University of Southern California에서 연구자들은 궁극적으로 성숙한 네프론을 형성하는 세포인 인공 "전구체" 네프론 세포를 생성하고 이를 사용하여 3D 신장 오가노이드를 구축했다. p38과 YAP라는 두 단백질의 활성을 조정함으로써 과학자들은 생쥐와 인간 세포 모두를 실험실에서 안정적인 세포주로 장기간 증식시킬 수 있었다. 실험실에서 배양된 네프론 전구 세포(NPC)는 생쥐와 인간 줄기세포의 지속적인 성장을 지원했으며, 연구자들이 이러한 NPC에 의해 생성된 네프론을 조사했을 때 실제 인간 신장 전구 세포와 현저히 유사하다는 것을 발견했다. 연구팀은 또한 네프론 내부에서 혈액을 여과하는 역할을 하는 성숙한 신장 세포인 족세포가 NPC와 유사한 상태로 되돌아갈 수 있다는 것, 즉 완전히 발달된 세포가 더 젊고 전구체와 유사한 단계로 돌아갈 수 있다는 것을 발견했다. 주저자 Zhongwei Li는 이 돌파구가 약물 발견을 가속화하고 신장 발달과 질병의 유전적 뿌리에 대한 이해를 심화하며 미래의 신장 대체 요법에 사용되는 합성 신장의 필수 구성 요소로서 네프론 전구 세포의 안정적인 공급을 제공할 수 있다고 밝혔다.

별도의 개발에서, Auxilium Biotechnologies는 미세중력 조건에서 국제우주정거장에서 살아있는 신장 및 간 조직을 3D 프린팅하는 데 처음으로 성공하여 재생 의학에서 역사적인 돌파구를 달성했다. Wake Forest Institute for Regenerative Medicine의 전문가들이 개발한 세포 구조와 조직 설계를 사용하는 자동화된 AMP-1 플랫폼은 고정밀, 다목적 생체 제조를 달성했다. 우주 임무의 주요 성과에는 우주에서 살아있는 인간 신장 조직의 최초 생산, 궤도에서 완전히 바이오프린팅된 기능성 간 조직의 최초 생산, 단일 임무 중 세 가지 다른 조직 유형의 최초 동시 생산, 그리고 28개의 기능성 신경 복구 임플란트 배치 제조가 포함된다. 미세중력 환경 덕분에 과학자들은 조직 구조 전체에 걸쳐 탁월하게 균일한 세포 분포를 달성하여 복잡한 생물학적 제품을 만들고 궁극적으로 완전히 기능하는 인공 장기를 제조할 수 있는 가능성을 열었다. 샘플을 실은 캡슐은 6월 17일 오전 5시 11분(태평양 표준시)에 캘리포니아 해안에 무사히 착수했다. 이 프로젝트의 주요 상업적 및 과학적 목표는 제약 대기업과 연구 실험실이 질병 메커니즘을 연구하고, 약물 안전성을 테스트하고, 치료 반응을 모델링하는 데 사용하는 인간 장기의 3차원 소형 모델인 오가노이드를 만드는 것이다. 우주에서 직접 오가노이드를 프린팅할 수 있는 능력은 연구자들에게 실험에 대한 자율적 접근을 제공하고 우주선 발사 일정에 대한 의존성을 제거할 것이다. Auxilium은 Vast 및 Starlab과 같은 프로젝트를 포함한 미래의 상업용 궤도 정거장에 프린터를 통합하기 위한 장기 전략을 개발 중이며, 이 기술은 장기간 행성 간 임무를 지원하고 영구 달 기지에서 자율 의료를 제공하도록 확장될 것으로 예상된다.