가톨릭세포치료사업단 뉴스레터 25호

Catholic Institute of Cell Therapy 가톨릭생명윤리를 기반으로 성체세포치료연구에 앞장서겠습니다.

CMC 세포치료 연구성과 – 가톨릭대학교 조경옥 교수 연구팀, “오가노이드 기반 인간 뇌발달 4D 이미징 연구실”로 한국연구재단 기초연구실 지원사업 선정

2019년에 구성되어 활동을 지속해오고 있는 오가노이드를 이용한 조직재생연구 클러스터는 소아 뇌전증 환자의 말초혈액샘플을 이용해 환자유래 유도만능줄기세포를 수립하고, 이를 바탕으로 뇌 오가노이드를 제작하여 표현형 변화를 조사하는 연구를 진행하고 있다. 이를 위해 소아과, 신경외과 임상의사, 뇌과학자, 그리고 생리학, 약리학, 의학물리 등의 기초의학자 등 각 분야의 전문가로 구성된 연구클러스터를 형성하고 유기적인 협력 연구를 통해 난치성 뇌질환을 치유할 수 있는 치료법 개발을 위해 노력하고 있다. 이러한 협업을 통해 최근 본 연구클러스터는 2021년 연구재단 기초연구실 사업에 지원하여 “오가노이드 기반 인간 뇌발달 4D 이미징 연구실”이라는 주제의 과제로 선정되었다. 앞으로 3년간 15억의 연구비를 수혜 받아 본 과제에서는 인간 대뇌발달의 주요 세포 유형 간 상호발달을 대뇌 오가노이드로 모사하고, 이를 적응광학 고속스캐닝 현미경으로 4D 이미징 및 인공지능 기반 이미지 개선, 정량분석법 개발을 통해 복잡한 초기 뇌발달 과정을 시각화함으로써 뇌발달의 생리학적 기전을 규명하고 뇌발달장애 병인 기반 치료 표적 발굴을 위한 기반을 마련할 예정이다. 오가노이드 모델은 시간에 따른 역동적인 인간 뇌발달을 추적하기 위해 매우 유망한 도구이지만, 제한적인 심부 영상 가능성과 잦은 관찰에 따른 광학 손상이라는 기술적 한계점과 방대한 4D 데이터의 양이라는 분석적 측면에서 한계점을 보이므로, 본 연구진은 차세대 현미경인 적응광학 현미경과 딥러닝 기반 광학수차 보정기술을 이용해 심부 영상 가능 영역을 확대하고 해상도를 개선할 예정이다. 또한 비표지 광학단층 모듈을 추가하고 딥러닝 기반 가상 형광화를 통해 오가노이드 전체에서 다중 세포를 표지하는 기술을 개발할 예정이며, 잦은 관찰에 따른 광학손상을 최소화하기 위해서는 초고속스캐닝 현미경과 딥러닝 기반 영상 보간 기술을 통해 이미지 획득 시간을 최소화하고, 분석적 측면에서도 4D 영상 자동 정량 분석 소프트웨어 개발을 통해 형광 세포 및 세포 구조물의 추적이 가능하도록 할 계획이다. 오가노이드 기반 뇌발달 연구의 필수요소인 혁신적 영상 구현을 위한 적응광학 고속스캐닝 현미경 개발과 딥러닝 기반 영상 개선 소프트웨어 개발을 통해 복잡한 뇌발달을 시각화함으로써, 난치성 뇌질환을 제어할 수 있는 최적의 해결책을 찾는데 기여하고자 한다.

CMC 세포치료 연구성과 – 가톨릭대학교 조미라 교수 연구팀, 미토콘드리아 이식을 통한 골관절염 통증조절과 연골 재생 치료 시도

고령화 사회에 따른 대사 이상을 동반한 만성 염증성 질환 및 자가면역 질환의 발병률이 증가하고 있다. 현재 만성 염증 질환 조절 및 치료제는 단순 염증 제어 약물이대부분이라, 근본적인 치료 개발 전략이 필요하다. 줄기세포를 이용하여 골관절염 발생 부위의 연골 재생 치료를 시도하고 있으나, 골관절염은 단순 퇴행성 질환이 아닌 염증성 골극 형성, 만성 통증, 만성 염증 활성이 동반되는 질환이다. 만성 염증 골관절염은 관절 내의 연골 손상과 더불어 비정상적인 연골 세포의 사멸, 파골 세포의 활성 등을 유발한다. 만성 염증 골관절염이 발생한 관절의 연골 세포는 미토콘드리아 기능이 정상 대비 저하되어있고 과도한 염증 반응이 발생된다. 또한, 염증성 사이토카인으로 알려진 IL-1β와 TNFα의 증가는 연골 세포의 미토콘드리아 기능 이상을 더욱 가속화 시킬 수 있다. 만성 염증 골관절염 질환에서 미토콘드리아 기능 저하에 따른 일부 세포 비정상화 및 줄기세포 유래 미토콘드리아 이식 조절 가능성 등이 알려지고 있다. 하지만 다양한 미토콘드리아 조절 연구 및 이식 연구는 아직까지는 부족한 실정이며, 심장 질환 및 일부 자가면역 질환에서의 정상 세포 유래 미토콘드리아 이식을 통한 질환 타깃 세포에서 세포 반응 정상화와 염증 반응 조절 연구에 대해서 보고된 바 있다. 따라서 본 연구팀은 근육 유래 혹은 중간엽줄기세포 유래 미토콘드리아를 만성 염증 골관절염 질환 동물 모델내 직접 주입하여, 질환 조절 효과 및 연골세포의 정상화를 검증 하고자 하였다. 그 결과 연골세포 정상화를 통해 연골 손상을 현저히 감소 시키고, 골파괴 및 염증 반응을 조절 할 수 있음을 확인 하였다. 골관절염 질환에 중간엽줄기세포를 이용한 치료가 각광을 받고 있으나 줄기세포 치료제는 연골 재생적인 측면에 국한되어 있다. 최근에는 중간엽줄기세포에 특정한 단백질 혹은 유전자 조작을 통한 기능 향상된 중간엽줄기세포 치료제 도입에 대한 질환 치료제 방법이 제시되고 있다. 중간엽줄기세포의 세포 재생, 이동, 염증 조절은 모두 미토콘드리아 기능 조절에 기인하는 것으로 본 연구에서 검증된 결과는 이러한 이론을 증명하고 있다. 따라서 미토콘드리아 이식을 통한 기능 조절은 골관절염의 치료 뿐만 아니라 앞으로 다양한 면역 조절 질환에서 활용할 수 있을 것이다. 이러한 연구를 바탕으로, 골관절염의 근본적 치료를 위한 미토콘드리아 이식 기술을 개발하기 위하여 각 분야의 전문가와 연구클러스터를 구축하여 실용 가능한 최적화된 기술을 개발하고자 한다.

서울시 서초구 반포대로 222 가톨릭중앙의료원 의생명산업연구원 기톨릭세포치료사업단

CMC 세포치료 연구성과 – 서울성모병원 양철우, 은평성모병원 반태현 교수팀, 신장이식 후 만성 거부반응에서 인간골수유래 중간엽기질세포 치료 결과 보고

CMC 세포치료 연구성과 – 가톨릭대학교 조경옥 교수 연구팀, “오가노이드 기반 인간 뇌발달 4D 이미징 연구실”로 한국연구재단 기초연구실 지원사업 선정

CMC 세포치료 연구성과 – 가톨릭대학교 조미라 교수 연구팀, 미토콘드리아 이식을 통한 골관절염 통증조절과 연골 재생 치료 시도