온라인 차병원보는 세계적으로 권위 있는 SCI(Science Citation Index)급 학술지에 게재된 우수 논문 중 연구실적과 논문 인용 지수, 연구 기여도 등을 폭넓게 고려해 엄선한 논문을 매달 한 건씩 소개합니다.
이달에 소개할 논문은 2024년 1월 국제 학술지 Theranostics에 실린 차 의과학대학교 강윤정 교수 연구팀의 논문 ‘자궁내막 오가노이드: 자궁 복구를 위한 기능성 미토콘드리아 저장소(Endometrial organoids: a reservoir of functional mitochondria for uterine repair)’(IF; 12.4)입니다.
이스라엘 산부인과 의사 요셉 아셔만(1889-1968)의 이름을 딴 ‘아셔만증후군’(Asherman’s syndrome)은 임신 중절 수술, 골반염, 자궁내 피임 장치 등으로 인해 자궁내막에 생긴 상처가 섬유화되어 불임, 습관성 유산, 무월경 등을 유발하는 질환이다.
차 의과학대학교 생화학교실 강윤정 교수 연구팀(제1저자: 황선영, 이단비, 이가은)은 아셔만증후군이 있는 생쥐 모델이 사람 신체 조직과 유사한 조직 병리학적 특성을 보인다는 것을 검증한 후, 사람 또는 생쥐 유래 자궁내막 오가노이드를 활용해 연구를 진행했다.
사람과 생쥐의 자궁내막에서 분리한 세포를 이용하여 조직 유사성이 높고 줄기세포 특징을 가지는 자궁내막 오가노이드를 제작한 연구팀은 이를 아셔만증후군 생쥐의 자궁내막에 이식하고, 1주~5주 후 결과를 관찰했다.
<자궁내막 오가노이드 유래 미토콘드리아에 의한 자궁내막 재생 및 생식력 회복 효능의 모식도>
(왼쪽) 아셔만증후군이 유발된 병변 부위로 이식한 자궁내막 오가노이드에서 유래한 미토콘드리아가 이동한다. (오른쪽)자궁내막 유래 미토콘드리아의 치료 효능을 나타내는 모식도
<오가노이드란?>
오가노이드는 줄기세포를 3차원적으로 배양하거나 재조합해 만든 장기유사체이다. ‘미니 장기, ‘유사 장기’라고도 불리는데, 실제 장기의 구조와 기능을 재현할 수 있다보니 신약개발 및 질병치료와 인공장기 개발 목적에 많이 활용되고 있다.
자궁내막 오가노이드에서 유래한
미토콘드리아가 자궁 내막 재생 유도 확인
결과는 놀라웠다. 섬유화 관련 단백질(Collagen)은 비이식군과 비교해 49~52% 줄어들었고, 혈관 신생 형성(VEGF) 및 세포 증식률(Ki67)은 각각 1.64배, 1.68배가 늘었으며 배아 착상 관련 자궁내막 수용성 유전자 발현(Integrin beta 3: 34.15배, Osteopontin: 53.02배)도 증가한 것! 무엇보다 배아 착상율이 4.47배가 증가했는데, 이는 아셔만증후군이 없는 정상 생쥐의 자궁내막에서 보이는 것과 비슷한 수준이었다.
(왼쪽부터) 차 의과학대학교 생화학교실
강윤정 교수, 황선영 · 이단비(박사과정), 이가은(석사과정)
연구팀은 자궁내막 오가노이드의 치료 효과 메커니즘을 규명하기 위해 미토콘드리아의 기능에 좀더 초점을 맞춰 연구를 진행했다. 특히 자궁내막 섬유화 환경을 오간온어칩(Organ-on-a-chip)에서 구현, 자궁내막 오가노이드 유래 미토콘드리아가 섬유화된 조직으로 이동하여 섬유화 증상을 완화하고 자궁내막 재생을 유도해 생식력 회복에 도움을 준다는 사실을 시각적으로 확인했다.
<오간온어칩(Organ-on-a-chip)이란?>
자궁내막을 모사한 3차원 칩으로, 미세유체공학을 기반으로 장기의 주요 세포 구조와 기능, 세포외기질, 생물학적 신호 등 체내 환경을 작은 규모의 칩 공간에 재현할 수 있는 기술을 활용하여 자궁내막의 구조와 환경을 모사한 플랫폼. 체내에서 미토콘드리아의 이동을 실시간으로 확인하기 어렵기 때문에 연구팀은 이와 같은 기술을 사용했다.
강윤정 교수는 “자궁내막 오가노이드 이식으로 발생하는 미토콘드리아의 움직임과 생합성, 재생 유도 메커니즘을 분자 생화학적 분석을 통해 확인했다”며 “이번 연구는 아셔만증후군에 대한 자궁내막 재생뿐 아니라 여러 장기에서 유발되는 섬유화 및 노화성 기능 저하 질환 등 오가노이드 기반의 차세대 세포치료제 개발에 새로운 활력을 줄 것”이라고 말했다. 이번 연구가 다양한 질환 연구와 치료에 새로운 영감을 주고, 활력이 되길 기대해본다.