건국대학교 의학전문대학 정형민 교수, 수의과대학 김시윤 교수(수의학과), 클리셀 공동 연구팀이 인간 심장의 형태 및 기능을 모사한 ‘미니 심장(심장 오가노이드)’를 국내 최초로 개발했다.

오가노이드(Organoids)는 줄기세포에서 자라기 시작해 인체 장기와 유사한 환경과 세포 구성을 가지는 분화체를 뜻하며 ‘미니 장기’로 불리기도 한다. 현재까지 많은 장기를 모사하는 오가노이드 연구가 활발히 수행되고 있지만, 심장 오가노이드의 연구는 국내외적으로 부족한 상황이다.

연구팀은 ‘만능줄기세포’라고도 불리는 ‘인간 전분화능 줄기세포(iPSC·생체의 거의 모든 조직으로 분화할 수 있는 줄기세포)’를 이용해 분화를 유도시켜 심장 오가노이드를 제작했다. 개발된 심장 오가노이드는 규칙적이고 자발적인 수축기와 이완기를 보일 뿐만 아니라 심실과 심방의 유사 영역을 형성하고 심근세포, 심장섬유아세포와 같은 심장 구성 세포를 보유하는 등 생체 심장의 특징 및 발달과정을 보였다.

또한 분화된 심장 오가노이드를 세포외기질(Extracellular matrix) 성분의 복합체인 메트리젤(Matrigel)에 심은 결과, 오가노이드 내부에 존재하는 혈관 구성 세포들이 모세혈관처럼 뻗어져 나와 ‘생체 외 혈관화 심장오가노이드’를 형성했다.

더 나아가 혈관화된 심장 오가노이드를 배양 배지 없이 면역결핍 마우스(실험 쥐)에 이식했고, 이식한 지 10일 후에도 생체 내에서 마우스 혈관과 공동 혈관으로 혈액을 공급받으며 기능성을 유지했다.

연구팀은 이번 연구가 유전성 심장질환 연구 및 심혈관계 약리 시험을 위한 동물대체시험법으로서의 최적의 원천이 될 것으로 기대하고 있다. 심장 오가노이드에 심부정맥 유발 독성물질을 처리하면, 수축력 변화와 QT 간격 연장 및 부정맥과 같이 실제 심장과 유사한 패턴의 전기생리학적 신호 변화가 나타난 것이다.

이번 연구를 진행한 이슬기 건국대학교 대학원생은 “향후 높은 퀄리티의 심장 모델 개발에 대한 노력을 멈추지 않겠다”고 밝혔다.