강스템바이오텍이 피부 오가노이드에 혈관과 면역기능을 결합한 '혈관화 피부 어셈블로이드(Vascularized Skin Assembloid)' 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 사람의 피부를 실험실에서 만들어 아토피 피부염과 같은 질환의 변화를 관찰하고, 실제 치료제가 어떻게 작용하는지 확인할 수 있는 질환 모델을 구축한 것이다.
강스템바이오텍 관계자는 "이번 연구는 사람의 피부를 단순히 모양만 비슷하게 만드는 수준을 넘어 혈관과 면역 기능을 결합하고, 실제 질환과 치료제에 대한 반응까지 확인했다는 점에서 의미가 있다"며 "향후 다양한 피부질환 연구와 신약 개발 과정에서 활용될 수 있는 인간 피부 오가노이드 플랫폼으로 발전시켜 나갈 것"이라 말했다.
오가노이드는 줄기세포 등을 이용해 실제 인체 장기와 비슷한 구조와 기능을 구현하는 일종의 미니 장기다. 기존 피부 오가노이드는 실제 사람 피부에서 중요한 역할을 하는 혈관과 면역기능을 갖추는 데는 한계가 있었다.
강스템바이오텍 최고과학자(CSO)인 강경선 서울대 교수는 이 문제를 해결하기 위해 피부 오가노이드에 혈관 오가노이드를 결합했다. 피부의 표피와 진피 구조뿐만 아니라 모낭과 신경 관련 구조, 혈관 네트워크가 함께 형성된 피부 모델을 구현했다. 여기에 면역세포를 더해 피부에서 일어나는 혈관과 면역세포의 상호작용도 관찰할 수 있도록 했다.
실제 이 모델에 집먼지진드기 추출물을 처리해 아토피 피부염과 관련된 염증반응을 유도했더니 피부 장벽을 구성하는 주요 단백질인 필라그린(FLG)이 감소하고, 피부세포의 스트레스 반응과 면역세포의 침윤이 증가했다. 또 아토피 피부염과 관련된 IL-4, IL-13, TSLP, CCL17, CCL26 등 주요 염증 관련 인자도 증가했다. 단순히 사람 피부와 비슷한 모양을 만드는 것을 넘어 알레르기 자극에 따라 피부 장벽이 무너지고 염증반응이 나타나는 과정을 실험실에서 재현한 것이다.
치료제에 대한 반응도 나타났다. 연구팀이 아토피 피부염 치료에 쓰는 '우파다시티닙'과 '두필루맙'을 적용한 결과 피부 장벽과 관련된 지표가 개선되고, 아토피 염증반응과 관련된 여러 신호가 감소했다. 특히 두 치료제 모두 STAT6를 중심으로 한 염증 신호가 감소하는 등 각 치료제의 알려진 작용기전과 일치하는 반응을 보였다.
신약을 개발할 때는 후보물질이 실제 사람의 질환에서 효과가 있을지를 미리 확인해야 한다. 하지만 사람의 피부에서 일어나는 복잡한 반응을 실험실에서 그대로 구현하는 것은 쉽지 않았다. 이번 연구에서 개발된 혈관화·면역통합 피부 오가노이드는 이러한 한계를 보완할 수 있는 새로운 연구 플랫폼으로 활용될 잠재력이 있다는 평가다.