KIT, 폐 오가노이드를 활용한 독성 평가로 ‘대체 독성 연구’ 가속화

이재혁 기자 / 기사승인 : 2022-01-19 13:07:37
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'PHMG-p' 대한 스트레스 과립 형성 여부 연구결과 발표

 

▲ 김은미 예측독성연구본부 박사 (사진= 안전성평가연구소 제공)

 

[메디컬투데이=이재혁 기자] 인간 줄기세포 유래 폐 오가노이드(인공장기)를 활용한 호흡기 감염병 기저질환 모사 모델의 화학물질 독성 평가를 통해 동물모델을 대체하는 독성 연구가 가속화될 전망이다.


안전성평가연구소(KIT)는 충남대학교 김기광 교수 연구팀과 함께 폐 오가노이드를 활용한 호흡기 감염병 기저질환 모사 모델을 구현한 뒤, 호흡기 질환과 상관성 규명 연구가 진행되고 있는 ‘구아디닌 계열의 화학물질인 PHMG-p’에 대해 스트레스 과립 형성 여부 연구 결과를 19일 발표했다.

 

KIT는 동물실험에 대한 규제가 강화됨에 따라 실험동물 대체 모델과 신약 및 화학물질에 대한 인체 독성 예측을 목표로 다양한 첨단 대체독성 평가기술을 개발하고 있다.

연구 결과, 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 기전이 규명됐다.

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.

연구팀은 연구를 위해 호흡기세포 융합 바이러스를 노출 시킨 기저질환 모사 모델인 인간 폐 오가노이드와 인간 기관지 상피세포(BEAS-2B)에 PHMG-p를 각각 처리했으며, 두 연구 모델에서 스트레스 과립이 모두 증가하는 것을 확인하였다.

특히 인간 폐 오가노이드에서 단백질 인산화효소 R(PKR)이 활성화됐으며, 이를 통해 세포 내 단백질이 합성되는 과정에서 결정적인 역할을 하는 elF2ɑ의 인산화가 증가됨에 따라 단백질 합성을 방지해 스트레스 과립이 증가하는 것으로 드러났다.

또한 호흡기세포 융합 바이러스 감염 인간 폐 오가노이드에서 PHMG-p의 노출로 DNA 손상 마커(γ-H2AX)와 섬유화 관련 마커(ɑ-SMA)가 유의하게 증가하는 것으로 나타났다.

즉, 호흡기 감염 기저질환이 유도된 폐 오가노이드에서 PHMG-p 노출이 스트레스 과립을 증가시킴으로서 세포 손상을 야기한다는 것을 확인함으로서 호흡기 감염병과 PHMG-p의 상관성이 파악된 것이다.

무엇보다 이번 연구는 ‘인간 줄기세포 유래 폐 오가노이드’ 대체 모델을 활용한 연구로써, 암세포주 활용으로 인체의 정상적인 생리학적 특성 반영이 어려운 기존 in vitro 독성평가의 한계점을 극복하였다는 점에서 의미가 있다.

KIT 예측독성연구본부 김은미 박사는 “해당 연구 결과로 환경 유해 인자 및 유해화학물질에 대한 독성평가는 물론, 호흡기 감염병 등 기저질환자의 인체 유해성 기전 연구와 다양한 호흡기 질환 치료제 개발용 모델에 활용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다.

아울러 향후 연구팀은 인간 줄기세포 유래 폐 오가노이드 모델을 활용한 스트레스 과립 형성 모니터링 시스템 구축을 통해 환경 유해 인자 및 유해화학물질의 독성 평가를 계속해서 수행해나갈 계획이다.

한편, 해당 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 국제학술지‘Ecotoxicology and Environmental Safety’에 2022년 1월에 게재됐다.

메디컬투데이 이재혁 기자(dlwogur93@mdtoday.co.kr)

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