서울대학교 수의과대학 강경선 교수 연구팀이 공과대학 권성훈 교수팀과 제1저자인 성신여대 김다현 교수와 공동으로, 인간 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell, iPSC)와 탈세포화 지지체, 혈관 유도기술을 결합해 혈관과 간 실질조직이 공간적으로 조직화된 기능성 인공간을 구현했다.

연구팀은 PHLI-seq 기반 공간전사체 분석 통해 인공간 내부에서 혈관과 간세포의 배열 및 기능적 성숙을 조절하는 핵심 신호전달체계를 규명하고, 이를 조직 제작 과정에 다시 적용해 인공간의 구조와 기능을 향상시켰다. 제작된 인공간은 만성 간부전 동물모델에서 간 기능 회복과 치료효과를 나타냈다.

이번 연구성과는 국제학술지 『Science Advances』에 2026년 8월 6일 온라인에 게재되었으며, 임팩트 팩터는 13.9이다. 일반적으로 임팩트 팩터 10 이상의 학술지는 학계에서 높은 영향력과 권위를 인정받는 것으로 평가받아 6일 BRIC의 ‘한국을 빛내는 사람들’(이하 한빛사)에 등록되었다.

□ 장기 부족과 혈관화 한계 극복 위한 인공간 제작 플랫폼 개발
간이식은 비가역적 말기 간질환에 적용되는 중요한 치료법이지만, 이식 가능한 공여 장기가 제한적이고 면역학적으로 적합한 장기를 적시에 확보하기 어렵다는 한계가 있다.
최근에는 환자 유래 세포를 활용한 오가노이드, 생체모사 지지체, 3차원 바이오제조 기술 등이 장기 부족 문제에 대응할 차세대 재생의료 기술로 주목받고 있다. 그러나 일정 크기 이상의 인공조직이 생존하고 정상적인 기능을 수행하려면 내부에 산소와 영양분을 공급할 수 있는 혈관 구조가 필요하다. 이에 따라 기능적이고 안정적인 혈관망을 인공조직 안에 재현하는 기술은 이식용 인공장기 개발의 핵심 난제로 남아 있다.
연구팀은 인간 iPSC로부터 유래한 간전구세포와 혈관내피세포를 탈세포화 지지체에 함께 적용했다. 여기에 혈관내피세포 표면의 CD31을 인식하는 압타머 기반 혈관 코팅제(Vascular Coating Agent, VCA)를 도입해 혈관계와 간 실질조직이 상호 연계된 구조를 형성하도록 유도했다. 그 결과 혈관내피세포의 조직화와 간세포 계열의 공간적 배열이 촉진됐으며, 실제 간조직의 미세환경을 보다 가깝게 모사하는 혈관화 인공간이 형성됐다.

□ 공간전사체로 인공간 형성의 핵심 신호축 규명
연구팀은 공간전사체 분석을 활용해 인공간 내부의 위치별 유전자 발현과 세포 간 신호전달을 분석했다. 이를 통해 IGF2–IGF1R–AKT/MAPK 신호축이 혈관과 간 실질조직의 공간적 조직화 및 기능적 성숙을 조절하는 핵심 경로임을 확인했다.
공간전사체 분석에서 도출된 후보 신호를 기능적으로 검증한 결과, IGF2 신호를 억제하거나 조절했을 때 혈관 형성과 간세포 성숙 양상이 변화했다. 반대로 외부에서 IGF2를 공급하자 VCA와 상승적으로 작용해 혈관 구조가 정교해지고 간세포의 기능적 성숙도 향상됐다. 이는 공간전사체 분석을 단순히 조직의 상태를 관찰하는 데 그치지 않고, 분석을 통해 규명한 재생기전을 다시 조직공학 설계에 적용한 사례라는 점에서 의미가 있다.

□ 만성 간부전 모델에서 이식 후 치료효과 확인
연구팀은 제작한 혈관화 인공간을 만성 간부전 마우스 모델에 이식했다. 그 결과 VCA와 IGF2를 함께 적용한 인공간에서 조직의 구조적 완성도와 간 관련 기능이 향상됐으며, 이식 후 치료성과도 뚜렷하게 개선됐다.
이번 결과는 혈관화가 인공간의 크기나 형태를 개선하는 보조적 요소에 그치지 않고, 조직의 생존과 성숙, 이식 후 기능을 결정하는 핵심 조건임을 보여준다. 다만 이번 연구는 동물모델에서 수행된 전임상 연구로, 실제 환자 치료에 적용하기 위해서는 장기간 안전성, 대량생산 공정, 혈류와 직접 연결되는 관류형 혈관망, 면역학적 적합성 등에 대한 추가 연구가 필요하다.

□ 연구책임자 코멘트
강경선 교수는 “인공 간조직이 실제 장기를 대체하거나 보조하려면 간세포를 만드는 것만으로는 충분하지 않으며, 간세포와 혈관이 적절한 위치에서 상호작용하도록 조직화하는 것이 중요하다”며 “이번 연구는 혈관을 포함한 인공간의 제작기술과 그 형성을 조절하는 분자적 원리를 함께 제시했다는 데 의미가 있다”고 말했다.
이어 “공간전사체로 발견한 재생 신호를 다시 조직공학적 설계에 적용해 인공간의 기능을 높였다는 점에서, 향후 간뿐 아니라 신장·심장·췌장 등 복합적인 혈관 구조가 필요한 인공조직 개발에도 활용될 수 있을 것”이라며 “장기적으로는 환자 유래 iPSC를 이용한 맞춤형 이식용 간조직 개발로 확장해 나갈 계획”이라고 밝혔다.

□ 연구의 의의 및 기대효과
이번 연구는 새로운 혈관화 인공간 제작 플랫폼을 제시함과 동시에, 이를 이식 가능한 인공장기로 발전시킬 수 있는 핵심 기전을 밝혀냈다는 점에서 학계의 주목을 받고 있다. 연구진은 iPSC 유래 간전구세포, 혈관내피세포, 탈세포화 지지체와 CD31 압타머 기반 VCA를 통합해 인공간을 제작했으며, 이 과정에서 'IGF2-IGF1R-AKT/MAPK' 신호축이 조직의 공간적 구성과 성숙을 이끄는 핵심 원리임을 공간전사체 분석으로 규명했다. 이 기전을 실제 제작 공정에 도입한 결과, 인공간의 구조와 기능이 한층 성숙해졌으며 동물모델 실험에서도 탁월한 치료 효과가 입증되었다. 이번 연구는 향후 환자 자신의 세포를 이용한 맞춤형 인공 간 이식이라는 궁극적 목표를 향한 중요한 전임상적 토대가 될 것으로 기대된다.

논문 정보
○ 논문명: Leveraging IGF signaling to improve the spatial organization and regenerative potential of iPSC-derived vascularized liver organoids
○ 학술지: Science Advances  ○ 게재일: 2026년 8월 6일
○ DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aea3814
○ 저자:    [교신저자, 강경선 교수, 수의과대학] [제1저자, 김다현 교수 현 성신여자대학교 (전 서울대박사)] [공동저자, 권성훈 교수 공과대학, 이용주 박사 (공과대학), 김민지 대학원생(수의과대학), 이충원 박사 (메테오바이오텍)]

○ 연구지원:
1. Korean Fund for Regenerative Medicine (KFRM) grant funded by the Ministry of Science and ICT and Ministry of Health & Welfare No. 22A0101L1-11
2. Korea Basic Science Institute National research Facilities and Equipment Center grant funded by the Ministry of Science and ICT, Republic of Korea No. RS-2025-00563046
3. National Research Foundation of Korea (NRF) grant funded by the Ministry of Science and ICT RS-2021-NR061977 and No. RS-2026-25471704
4. Korea US Collaborative Research Fund (KUCRF) funded by the Ministry of Science and ICT and Ministry of Health & Welfare, Republic of Korea No.RS-2024-00468338

용어설명
1. 유도만능줄기세포(iPSC)성인의 피부나 혈액 등에서 얻은 체세포에 특정 인자를 도입해 초기화한 줄기세포이다. 다양한 종류의 세포로 분화할 수 있어 질환 모델, 신약평가 및 환자 맞춤형 재생치료 연구에 활용된다.
2. 오가노이드(Organoid)줄기세포나 조직 유래 세포를 3차원으로 배양해 실제 장기의 일부 구조와 기능을 모사하도록 만든 미니 장기 또는 장기 유사체이다.
3. 탈세포화 지지체(Decellularized scaffold)조직에서 세포 성분을 제거하고 세포외기질 구조를 남긴 생체 지지체이다. 원래 장기가 가진 미세구조와 생화학적 환경을 일부 보존해 세포의 부착과 조직화를 돕는다.
4. CD31 압타머 기반 혈관 코팅제(VCA)혈관내피세포에 발현되는 CD31을 인식하는 압타머를 이용해 지지체 표면에 혈관내피세포가 선택적으로 위치하고 조직화되도록 설계한 기능성 코팅 물질이다.
5. 공간전사체(Spatial transcriptomics)조직 내 세포의 위치 정보를 유지하면서 각 영역에서 발현되는 유전자를 분석하는 기술이다. 조직을 구성하는 세포가 어느 위치에서 어떤 신호를 주고받는지 규명할 수 있다.
6. IGF2–IGF1R–AKT/MAPK 신호축성장과 생존, 대사 및 조직 성숙에 관여하는 세포 신호전달 경로이다. 본 연구에서는 혈관과 간 실질조직의 공간적 조직화 및 기능적 성숙을 조절하는 핵심 경로로 확인됐다.