카이스트 3차원 '미니장기' 오가노이드 실시간 관찰 성공... 약물 테스트 활용 가능

[녹색경제신문 = 이지웅 기자] 카이스트가 인체 장기의 구조와 기능을 모사한 3차원 미니 장기인 ‘오가노이드’의 실시간 동적 변화를 고해상도로 관찰하는 데 성공했다. 

줄기세포를 이용해 만든 3차원 구조체인 오가노이드는 실제 장기와 유사한 기능을 가지고 있어 질병 연구와 신약 개발에 필수적인 역할을 하고 있다. 

이 구조와 생물학적 현상을 이해하기 위해서는 고해상도의 실시간 이미지가 필요하다. 그러나 기존 이미징 기법들은 살아있는 오가노이드를 장기간 고해상도로 관찰하는 데 한계가 있었다. 또한 형광 염색 등의 추가적인 처리가 필요한 경우도 많았다.

이러한 상황에서 박용근 카이스트 물리학과 교수 연구팀은 홀로토모그래피 (holotomography) 기술을 활용해 살아있는 소장 오가노이드를 실시간으로 고해상 관찰할 수 있는 이미징 기술을 개발했다. 

연구팀은 마우스 소장에서 유래한 소장 오가노이드를 특수한 배지에서 배양해 실시간으로 홀로토모그래피 영상을 촬영했다.

이후 영상을 분석해 오가노이드의 성장 패턴, 형태학적 변화 및 단백질 밀도 등을 정량적으로 평가했고, 세포 사멸 및 생존율을 분석하기 위해 약물처리 후의 형태학적 변화도 관찰했다. 

이를 통해 생체 내 작은 장 오가노이드의 고해상도 형태학적 세부 사항과 동적 활동을 포착했다. 

카이스트 측은 “향후 연구는 오가노이드의 생체 내 환경을 더 정확히 재현하고 더욱 정교한 3차원 이미징을 통해 세포 수준에서의 다양한 생명현상을 이해하는 데 큰 기여를 할 것으로 전망된다”고 밝혔다. 

논문의 제1 저자인 이만재 박사는 “이번 연구는 기존의 한계를 뛰어넘는 새로운 이미징 기술로, 향후 오가노이드를 활용한 질병 모델링, 환자 맞춤형 치료 및 신약 개발 연구에 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 2024년 10월 1일 국제 학술지 ‘Experimental & Molecular Medicine’에 온라인으로 게재됐다.