인간 줄기세포 유래 폐 오가노이드(인공장기)를 활용한 호흡기 감염병 기저질환 모사 모델의 화학물질 독성 평가를 통해 동물모델을 대체하는 독성 연구가 가속화된다.
19일 안전성평가연구소(KIT)에 따르면 동물실험에 대한 규제가 강화됨에 따라 실험동물 대체 모델과 신약·화학물질에 대한 인체 독성 예측을 목표로 다양한 첨단 대체독성 평가기술을 개발하고 있다.
해당 연구는 충남대 김기광 교수 연구팀과 공동 연구한 결과다. 폐 오가노이드를 활용한 호흡기 감염병 기저질환 모사 모델을 구현한 뒤 호흡기 질환과 상관성 규명 연구가 진행되고 있는 '구아니딘 계열의 화학물질인 PHMG-p'에 대해 스트레스 과립 형성 여부를 연구했다.
연구는 다양한 스트레스 상황에 놓인 세포에서 '스트레스 과립'이라는 세포 내 응집체(RNA와 RNA 결합 단백질)가 가역적으로 형성된다는 원리를 바탕으로 기저질환에서의 유해화학물질에 대한 인체 폐 독성 야기 기전을 규명했다.
스트레스 과립은 세포가 다양한 스트레스 상황에서 세포 생존을 위한 방어 기작의 하나로 생성하게 되는데 스트레스가 제거되면 스트레스 과립은 없어지게 되지만 지속적인 스트레스 상황에서는 세포 사멸로 이어지게 된다.
연구를 위해 호흡기세포 융합 바이러스를 노출 시킨 기저질환 모사 모델인 △인간 폐 오가노이드 △인간 기관지 상피세포(BEAS-2B)에 PHMG-p를 각각 처리했다. 두 연구 모델에서 스트레스 과립이 모두 증가하는 것을 확인했다.
연구는 '인간 줄기세포 유래 폐 오가노이드' 대체 모델을 활용한 연구로 암세포주 활용으로 인체의 정상적인 생리학적 특성 반영이 어려운 기존 in vitro(시험관 내 즉, 생체 외부) 독성평가의 한계점을 극복했다는 점에서 의미가 있다.
김은미 KIT 예측독성연구본부 박사는 "환경 유해 인자·유해화학물질에 대한 독성평가는 물론, 호흡기 감염병 등 기저질환자의 인체 유해성 기전 연구와 다양한 호흡기 질환 치료제 개발용 모델에 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
연구는 환경부 생활공감 환경보건기술개발사업의 'CT 영상 기술 기반 환경성 폐 질환 평가를 위한 줄기세포 유래 3D 폐 오가노이드(미니장기) 모델 개발' 과제 등의 연구 결과로 1월 국제학술지에 게재됐다.