가톨릭대학교 성빈센트병원 신장내과 김용균 교수팀,

기능 강화된 신장 근위세뇨관 세포 개발

- 인간 유도만능줄기세포 유래 신장 오가노이드 고도분화 기술 활용...성숙도와 기능 한층 높여 -

- 신독성 평가 · 신장 질환 모델링 및 신장 재생치료 연구에 활용 기대 -

- 국제학술지 ‘Experimental & Molecular Medicine’ 게재 -

  가톨릭대학교 성빈센트병원 신장내과 김용균 교수 연구팀(가톨릭대학교 의과대학 세포사멸질환연구센터, ㈜알젠오가노 바이오테크놀로지)이 인간 유도만능줄기세포로부터 기능성이 강화된 인간 신장 근위세뇨관 세포로 분화하는 데 성공했다.

  신장 근위세뇨관은 체내 수분과 전해질 균형을 유지하고 다양한 물질의 재흡수와 배설에 관여하는 중요한 조직이다. 특히 약물에 의한 신장 손상이 주로 발생하는 부위인 만큼, 실제 신장의 특성과 기능을 잘 반영하는 체외 세포 모델 개발이 중요하다.

  하지만 기존의 신장 근위세뇨관 상피세포 체외 모델은 실제 인간의 신장 근위세뇨관 상피세포의 형태 및 기능을 구현하는 데 한계가 있었다.

  연구팀은 헤파란 황산염 프로테오글리칸(HSPG)과 혈관내피성장인자(VEGF)를 사용하여 신장 오가노이드의 혈관 형성과 성숙도를 높이는 고도분화 기술을 개발하였으며 이를 바탕으로 제작된 고도분화된 신장 오가노이드에서 근위세뇨관 세포를 분리하고 배양 조건을 최적화해 ‘기능이 강화된 신장 오가노이드 유래 근위세뇨관 세포(FEKOPTCs)’를 제작했다.

  FEKOPTCs는 기존 인간 신장 근위세뇨관 세포보다 상피 장벽과 세포 극성, 물질 수송 기능이 향상됐으며, 실제 성인 인간 신장의 근위세뇨관 세포와도 높은 전사체 유사성을 보였다.

  연구팀은 FEKOPTCs를 장기-온-칩에 적용해 신독성 평가 가능성을 확인하고, CRISPR-Cas9 유전자 편집을 통해 파브리병 모델도 구축했다. 신독성 약물에 대한 반응을 민감하게 확인할 수 있었으며, 파브리병의 주요 병리적 특징인 Gb3 축적 등이 재현되고 효소대체요법에 따른 회복 양상도 확인됐다.

  아울러 FEKOPTCs를 면역결핍 생쥐의 신장에 이식한 결과 근위세뇨관과 유사한 구조가 형성되고 혈관 형성도 확인돼, 신장 재생치료 연구에 활용될 가능성도 제시했다.

  ‘미니 신장’으로 불리는 신장 오가노이드는 냉동보관 및 계대배양이 어렵고 배치(batch)간 차이가 있어 표준화가 어려웠으나 연구팀이 개발한 FEKOPTCs는 냉동 보관과 반복적인 계대배양이 가능하면서도 세포 특성을 유지할 수 있어 대량생산 및 표준화가 가능하여 실제 임상 응용에 용이하다.

  김용균 교수는 “이번 연구는 신장 오가노이드의 성숙화 기술을 바탕으로 실제 성인 신장의 근위세뇨관 세포와 유사하면서도 기능이 강화되고 임상 응용이 용이한 세포를 제작했다는 데 의미가 있다”며 “약물 평가와 신장질환 모델링은 물론 향후 신장 재생치료 연구에도 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

  한편, 이번 연구에는 김수아·남선아·김진원 연구원(가톨릭대학교 의과대학 세포사멸질환연구센터)이 제1저자로 참여했으며, 연구 논문 ‘Generation of the functionally enhanced proximal tubular cells from human iPSC-derived kidney organoids’는 의생명과학분야 국제학술지 ‘Experimental & Molecular Medicine’에 게재됐다.