▲ (사진 좌측부터) 연세대 강남세브란스병원 임재열 교수, 이비인후과학교실 윤여준ㆍ김동현 연구교수

연세대학교 이비인후과학교실 임재열 교수 연구팀(임재열 교수, 김동현ㆍ윤여준 연구교수)은 20일, 침샘 상피줄기세포를 활용해 침샘의 형태와 기능을 모사하는 3차원 오가노이드 배양법을 새로 확립한 연구를 최근 발표했다고 밝혔다.

침샘(타액선)은 소화와 발성을 돕고 우리 몸의 면역을 유지하는 타액을 분비하는 중요한 신체 기관으로, 침샘의 기능이 저하되면 정상적인 대화가 어렵고, 소화나 각종 신체활동에 지장이 생기므로, 두경부암(침샘암) 환자는 대부분 삶의 질이 급격히 낮아진다. 

침샘의 기능 저하를 극복하기 위해 다양한 연구가 이뤄져 왔으나 단순히 침 분비를 자극하는 약물(필로카핀)이나 구강건조증을 완화하는 구강용제 등의 대증적인 치료에 그치고 있는 실정이었다. 

또한 침샘을 이루는 조직줄기세포, 그 중에서도 성체 상피줄기세포를 활용한 줄기세포의 3차원 배양에는 한계점이 있어서, 침샘 조직의 구성세포를 모두 포함하는 정교한 형태의 3차원 모사체는 보고된 바가 없었다.

▲ 연구진이 침샘 상피줄기세포를 활용해 배양에 성공한 3차원 오가노이드

연구진은 장기간의 침샘 조직줄기세포 연구 노하우를 바탕으로 독자적인 배합의 성장인자가 포함된 배양액에서 침샘 성체줄기세포에서 유래한 오가노이드가 생쥐의 경우 최장 8개월, 사람의 경우 최장 4개월까지 유지될 수 있음을 확인했다.

유지된 오가노이드는 배양 기간 동안 유전자 변이가 없고, 침샘의 기능을 가지면서, 침샘 조직을 이루는 다양한 세포들로 구성돼 있음이 확인됐으며, 주요 3가지 종류의 침샘 (이하선, 악하선, 설하선) 각자의 서로 다른 특성들 또한 오가노이드에서 명확히 나타남이 증명됐다.

연구진은 이러한 배양 방식을 침샘암 조직에 적용해, 3가지 종류의 침샘암(타액선암)에서 각각 다른 특성을 나타내는 암 오가노이드의 배양에 성공했으며, 이를 통하여 환자의 암 종류마다 서로 다른 치료 반응성을 미리 예측할 수 있는 진단 스크리닝 플랫폼 기술을 선보였다. 

연구를 주도한 강남세브란스병원 이비인후과 임재열 교수는 "이번 연구에서 진행한 오가노이드 배양과 진단 스크리닝 플랫폼 기술을 통해 향후 침샘암의 환자 맞춤형 정밀의료와 더불어, 난치성 타액선질환의 진단 및 치료 기술 개발, 자가 침샘줄기세포를 활용한 환자 맞춤형 재생의료가 가능해질 것"이라 전망했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부의 '바이오의료기술 개발사업' 및 '과학기술분야 기초연구사업', 교육부의 '이공학학술연구기반구축사업'의 지원을 받아서 진행됐으며, 연구 성과는 국제학술지 네이쳐 자매지인 "네이쳐 커뮤니케이션즈(Nature Communications)"에 'Salivary gland organoid culture maintains distinct glandular properties of murine and human major salivary glands'라는 제목으로 실렸다.