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정광보
정광보(Kwang Bo Jung) 저자 이메일 보기
한국생명공학연구원, UST
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Interleukin-2 induces the in vitro maturation of human pluripotent stem cell-derived intestinal organoids
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

인간 전분화능 줄기세포(human pluripotent stem cell, hPSCs)를 활용한 분화연구가 활발히 진행됨에 따라 다양한 체세포 분화가 가능해졌습니다. hPSCs는 모든 세포로 분화할 수 있는 differentiation potential과 분화능을 유지하고 스스로 분열하는 self renewal 두 가지 특징을 가지며 원하는 체세포를 대량 생산할 수 있어 신약 스크리닝 플랫폼이나, 질병모델, 그리고 세포치료제 등 여러 연구분야에 응용이 가능할 것으로 각광받고 있습니다.

오가노이드(organoid)란 다양한 방법을 통한 줄기세포 분화기술과 함께 3D culture를 접목시켜 탄생되었으며, 줄기세포로부터 유래된 특정 장기, 조직의 세포들로 구성된 3D 세포 입체구조체를 뜻합니다. 저희 연구진이 연구한 줄기세포 유래 인간 장관오가노이드(human intestinal organoid, hIOs)는 2011년 James M. Wells group에서 최초 개발되어 현재까지 여러 연구에 활용되어 왔습니다. 장관 오가노이드는 기존의 여러 장관 모델 2D 장관세포 수준보다 훨씬 인간 장관을 모사하는 생리학적 특성을 보유하였지만, 여전히 character나 그 기능성이 fetal intestine에 머물러 충분히 성인의 성숙한 장관을 모사하지 못한다는 한계점이 존재했습니다.

저희 연구진은 이러한 장관 오가노이드의 미성숙의 한계점을 극복하기 위해 실제 인간 장관의 환경을 체외 배양조건에 재현해주는 방법을 통해서 인간 장관 오가노이드의 체외 성숙화를 유도하고자 하였습니다. 인간 장관은 소화 흡수기능을 수행하는 여러 장관세포들 뿐만 아니라 외부물질에 노출되어 있기 때문에 수많은 면역계 세포들이 존재하는 기관입니다. 실제로 인간의 장관은 태아의 출생 이후 구강을 통한 모유와 음식물 섭취 이후 성숙화 된다고 알려져 있습니다.

저희 연구진은 여기에 착안하여 인간 장관 오가노이드와 T 림프구 세포주(Jurkat T cell)의 공배양을 통해 장관 오가노이드의 체외 성숙화를 성공시켰습니다. Jurkat T cell이 활성화되어 방출하는 cytokine들을 탐색하는 방법을 통해 Interleukin-2 (IL-2)를 핵심인자로 규명하였으며, Microarray와 Phospho kinase array 실험 등을 통해 IL-2 에 의한 STAT3 signaling이 장관 오가노이드의 체외 성숙화에서 핵심 세포신호전달 경로로써 작용함을 증명하였습니다. 여러 장관 기능성 확인 실험들을 통하여 체외 성숙 장관 오가노이드가 기존의 모델보다 훨씬 장관기능을 모사함을 확인하였고, 또한 쥐의 신장에 체내 이식 시 체외성숙화 과정을 거친 장관 오가노이드가 성숙화 특성을 잘 유지하는 것을 확인하였습니다.

저희 연구성과는 장관 오가노이드 뿐 아니라 많은 줄기세포 유래 분화세포가 가지고 있는 미성숙한 특성의 한계점을 체외 배양 환경 조절을 통해 극복이 가능하다는 가능성을 보여준 사례로써 큰 의미를 가지며, 체외 성숙화를 통한 장관 오가노이드가 현재 가장 인간장관을 모사하는 장관 모델로써 신약 스크리닝, 질병 모델 등 여러 응용연구에 활용되길 기대하고 나아가 동물모델과의 상호협력을 통해 일부 동물실험을 대체할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

이 연구는 한국생명공학연구원 줄기세포연구센터에서 수행되었으며, 저희 손미영 박사님 연구팀은 줄기세포를 활용한 여러 세포분화기술 개발 및 성숙화 연구와 활용 기술 개발, 그리고 실험쥐를 이용한 체내 이식 연구를 활발히 수행하고 있습니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

졸업 후 대학원 진학을 줄기세포연구센터 손미영 박사님 실험실에 지원한 것은 인공장기를 만들고자 하는 꿈을 이루기 위한 첫걸음이었습니다. 실제로 분화기술을 통해서 줄기세포에서 심장, 장관 등 여러 세포와 오가노이드를 만들면서 활용 가능한 인공장기 생산을 꿈꾸며 많은 보람을 느꼈습니다. 항상 열정적이고 진취적으로 연구를 리드하시는 손미영박사님과 늘 책임감 가지고 즐겁게 연구하는 팀원들이 자랑스럽습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

줄기세포 연구분야는 활용 가능한 인간 체세포를 대량으로 생산하여 응용연구에 활용하거나, 인간의 발달과정이나 질병에 관한 연구, 그리고 개인 맞춤형 세포생산 및 세포치료제 개발 등 무궁무진한 응용이 가능한 점에서 아주 매력적인 연구분야입니다. 하지만 모든 연구활동이 그러하듯 줄기세포 연구 또한 줄기세포 배양 및 유지, 분화연구가 쉽지 않습니다. 여러 번의 실패와 고난이 힘들고 초조하고 지치게 할 것입니다. 그럴 때 일수록 혼자 힘들어하기보다 든든한 지도교수님과 선후배 동료들을 의지하고 진솔한 discussion과 긍정적인 마음가짐이 가장 큰 힘이 되는 것 같습니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

이번 연구에서는 줄기세포 유래 장관 오가노이드의 체외성숙화를 통해 인체유사도를 비약적으로 높일 수 있었습니다. 저는 후속 연구로서 체외성숙화 메커니즘의 심도있는 연구와 함께 장관 발달, 질환, 건강에 직결되어 있지만 아직 대부분 베일에 싸여있는 장내 미생물연구를 장관 오가노이드를 활용하여 수행하고 싶습니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

이번 연구성과는 한국생명공학연구원의 지원, 많은 박사님들과 동료 연구원들의 끊임없는 노력과 도움, 그리고 무엇보다도 가장 오랜 시간 가장 많이 고민하시고 연구하신 지도교수님이신 손미영 박사님의 헌신과 노력에 의해 이루어졌습니다. 항상 모든 공을 연구원들에게 돌리시는 박사님께 늘 감사드립니다. 언제나 책임감 있게 연구하면서 즐거운 연구실생활을 할 수 있게 해주시는 팀원들과 항상 학생들이 좋은 연구자로 성장하길 바라시며 헌신하시는 박사님께 가장 큰 감사를 드립니다. 앞으로도 활발히 연구하고 무엇보다 즐겁게 연구하는 팀이 되었으면 좋겠습니다.
 등록일 2018-08-21
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