안전성평가연구소(KIT)가 서울대병원 영상의학과 연구팀과 함께 마이크로-CT 영상 분석이 가능한 인간 폐 오가노이드를 최초로 개발했다. 이를 통해 폐섬유화 모델 확립은 물론 폐에서 일어날 수 있는 현상을 다각적으로 예측할 수 있게 됐다.
마이크로-CT 분석은 X-레이를 투과해, 대상을 3D로 분석하는 것이다. 골다공증, 골밀도, 관절염, 임플란트 구조체 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
폐 섬유화 진단의 경우 CT 영상 이미지 분석은 매우 중요하나, 환자의 CT 영상과 폐 조직 생검 간 객관적 비교 분석에 어려움이 있어 환경성 유해인자 및 유해 화학물질 노출 등에 따른 폐 섬유증 기전 연구에 제약이 있었다.
또한 기존 환자 조직 유래의 폐 오가노이드, 인간 줄기세포 유래 폐 오가노이드는 200-300마이크로미터(㎛)의 작은 크기로 현미경 상에서만 분석이 가능해 마이크로-CT 영상 이미지 촬영 및 분석이 불가능하다. 환자 CT 영상 이미지와의 비교분석에 한계가 있었다.
연구팀은 폐 질환 연구를 위해 인간 전분화능 줄기세포로부터 폐포와 유사한 구조의 3D 폐 오가노이드를 성공적으로 확립했다. 3D 폐 오가노이드를 마이크로-CT로 촬영해 영상 이미지를 확보했으며, 조직량과 공기량을 구분한 뒤 각각의 비율을 계산함으로써 구조 분석을 실시했다.
그 결과, 실제 인간 폐 조직의 마이크로-CT 영상 이미지와 유사한 이미지를 획득하여 시각적인 3차원 구조 해석 뿐 아니라 공기량과 생체 조직량에 대한 3D 정밀 분석을 성공적으로 수행했다.
마이크로-CT로 영상 분석이 가능한 인간 폐 오가노이드를 활용해 폐 섬유화 모델을 확립하고, 그 특성을 분자생물학적 분석 및 영상학적으로 분석함으로써 폐 섬유화 마커 증가와 마찬가지로 폐 조직량의 증가를 확인했다.
김은미 예측독성연구본부 책임연구원은 “마이크로-CT 영상 분석 기술 기반 폐 섬유화 모델을 확보함으로써, 다양한 유해화학물질의 폐섬유화증 유발 가능성 등 폐 독성을 분자생물학 기법과 영상학적 분석을 통해 더욱 정확히 예측할 수 있을 것”이라고 말했다.
향후 연구팀은 마이크로-CT 영상 정보와 오가노이드의 세포 및 병리 분석 연구를 다양한 임상 정보들과 연계해 폐 질환에 대한 종합적인 병태생리학적 중개연구를 수행해 나갈 예정이다.
한편, 해당 연구는 한국환경산업기술원 생활공감 환경보건기술개발사업'CT 영상 기술 기반 환경성 폐질환 평가를 위한 줄기세포 유래 3D 폐 오가노이드(미니장기) 모델 개발'의 연구 결과로, 국제저널지 Cell Biology and Toxicology에 게재됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
