미국 연구진이 실제 콩팥과 가장 유사한 구조와 기능을 갖춘 인공 신장 오가노이드(미니 장기)를 개발해 질병 연구와 신약 개발에 새로운 가능성을 열었다.
미국 서던캘리포니아대학(USC) 리중웨이 교수 연구팀은 캘리포니아 재생의학연구소(CIRM)로부터 210만달러(약 30억2400만원)를 지원받아 '인간 합성 신장 오가노이드'(hSKOs)의 특성과 기능을 분석하는 3개년 프로젝트에 착수했다고 12일(현지시간) 밝혔다.
이번에 개발된 인공 신장 오가노이드는 혈액 노폐물을 거르는 필터(사구체)와 소변을 모아 내보내는 집합관 구조가 서로 연결된 것이 가장 큰 특징이다. 기존 오가노이드들이 각 부분을 따로 구현하는 데 그쳤던 한계를 극복했다.
리 교수는 "새로운 모델은 실제 장기처럼 올바른 패턴으로 구조들이 배열되고 서로 연결돼 있다"며 "이러한 조직화는 장기 기능 복제에 필수적"이라고 설명했다. 연구 결과는 지난해 국제학술지 '셀 스템 셀'에 발표된 바 있다.
연구팀은 배아의 신장 형성 과정에서 영감을 얻었다. 10년에 걸쳐 신장의 특정 조직으로 분화할 수 있는 두 종류의 신장 전구세포를 정교하게 만든 뒤, 이들을 특수 배양액에서 함께 배양해 신장과 유사한 시스템을 구현했다. 이후 쥐에 이식해 추가 성숙을 유도했다.
연구팀은 향후 3년간 이 오가노이드가 시간이 지남에 따라 어떻게 성숙하는지, 주요 신장 기능을 얼마나 잘 수행하는지 등을 연구할 계획이다. 특히 다낭성 신장 질환(PKD) 모델로 활용해 질병 초기 단계를 연구하고 치료 전략을 모색할 예정이다.
또한 백인, 아프리카계 미국인, 히스패닉, 아시아인 등 다양한 인종의 줄기세포로 오가노이드를 제작해 인구 집단별 신장 질환 연구에도 활용한다.
이번 연구는 신약 개발 과정에도 기여할 전망이다. 신약 후보 물질의 신장 독성을 임상시험 전에 예측할 수 있어 개발 시간과 비용을 크게 줄일 수 있다. 현재 임상시험 단계의 약물 10개 중 1개는 신장 독성 문제로 실패하는 것으로 알려졌다.
연구팀은 장기적으로 이번 오가노이드 기술이 이식용 인공 신장을 제작하는 기반이 될 수 있을 것으로 기대하고 있다.