강스템바이오텍(대표 나종천)은 최근 강경선 서울대 교수 연구팀과 공동연구를 통해 인체 피부와 완벽하게 동일한 형태의 인체세포 유래 피부 오가노이드를 구현하고, 이를 이용한 아토피성 피부염 질환 모델을 확립하여 세계적으로 권위 있는 국제저널 ‘Cell’지의 자매지인 ‘iScience(IF 6.107)’에 게재하였다.  

2020년 6월 미국 하버드대학의 Koehler 연구팀에서 처음으로 인간 피부 오가노이드에 대한 연구결과를 Nature지에 발표하였다. 하지만 해당 논문에서 발표된 피부 오가노이드는 의도치 않은 과도한 연골 형성이나 모낭이 포낭의 바깥쪽으로 뻗어 나가는 구조를 가지고 있어 실제 피부와는 구조적으로 동일하지 않은 한계점이 있었다. 

이에 강스템바이오텍과  강경선 서울대 수의과대학 교수 연구팀은 윈트(Wnt) 신호 기전에 주목하여, 피부 오가노이드 제작 과정에서 Wnt 신호 기전 활성화를 유도하면 기존 연구에서 문제되었던 의도하지 않은 연골 과형성이 억제되고 피부 오가노이드 크기가 증대된 모낭을 포함하여 모든 피부 조직이 완벽하게 구현된, 순수 인간피부 조직만을 얻을 수 있다는 연구 결과를 처음으로 발표하였다. 

또한, 해당 피부 오가노이드를 공기-액체 계면(ALI) 방법으로 배양하여 각질, 표피, 진피층 및 피하지방층이 뚜렷이 구별되는 구조를 가지면서 성숙한 모낭 및 모발이 형성되는, 인체 피부와 매우 유사한 모델을 개발하였다. 이러한 배양 기술 방법은 기존 피부 오가노이드 배양법보다 장시간 안정된 형태로 배양이 가능하며 특히 기존 인공피부에서는 불가능하였던 모낭조직이 완벽하게 구현되어 탈모 치료제를 개발하는 약물 스크리닝 플랫폼에 적용이 가능하다. 

더불어, 강스템바이오텍과 서울대 수의대 연구팀은 이번에 개발한 피부 오가노이드 모델에 아토피를 유발하는 황색포도구균(S. aureus)을 처리하여 감염에 의해 피부 장벽이 파괴되고 표피 및 진피 유래 염증성 사이토카인의 생성이 증가된 인체 아토피 피부염과 유사한 모델링을 제작하였다. 이뿐만 아니라 해당 모델링에 큐티박테리움 아크네스(C. acnes)를 전처리한 결과, 황색포도구균에 의한 감염에 보호 효과가 있음을 보고하였다.

인간 모낭 완벽 구현.(강스템바이오텍 제공)

이승희 강스템바이오텍 연구소장은 “이번에 개발된 피부 오가노이드는 정상피부조직과 동일한 구조와 기능을 가지며, 표피층, 진피층 뿐만 아니라 모낭, 피지샘, 멜라닌세포, 신경세포, 피하지방조직까지 구현함으로써 기존 인공피부와는 차원이 다른 실제인체피부와 거의 동일한 수준의 인체피부모델을 제공한다”며 “현재 해당 기술을 이용해 탈모, 미백, 피부재생 등과 관련된 유효물질의 효능 및 기전연구에 활용할 수 있는 피부 오가노이드 기반 스크리닝 서비스를 준비 중에 있다”고 전했다. 이어 ”향후 손상피부 재생이나 탈모치료를 위한 피부이식재 및 모낭이식재까지 다양한 재생의료기술 분야로의 사업화가 기대된다”고 말했다. 

이번 연구결과는 국제 학술지 iScience(IF 6.107) 9월호 온라인에 선공개 되었으며, iScience는 생명, 물리, 지구 및 건강 과학 분야의 독창적인 연구를 위한 플랫폼을 제공하고 각 분야의 연구 및 방법론에 대한 주요한 연구결과를 소개하는 것으로 알려져 있다.

오가노이드는 장기유사체 혹은 미니 장기라고 불리며 실제 장기기관의 기능 및 구조와 유사한, 자기조직화가 가능한 3차원 세포 집합체로 정의된다. 최근 신약개발, 인공장기 개발 및 질병치료 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대되고 있으며, 생명공학정책연구센터에서 발간한 ‘글로벌 오가노이드 시장 현황 및 전망’ 보고서에 따르면 오가노이드 시장은 2027년 약 4조원 수준에 달할 것으로 예측된다.

강경선 서울대 교수.(강스템바이오텍 제공)