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우리 오가노이드는 줄기세포에서 자라기 시작해서 한 장기를 이루는 다양한 세포로 분화한 것을 뜻해. 장기와 닮아서 ‘미니 장기’라고도 불리지. 오가노이드는 동물실험을 대체할 실험 모델로, 의료계의 핫한 주제란다.

오가노이드를 만드는 방법은 사람이 만들어지는 과정에서 힌트를 얻었어. 정자와 난자가 만나면 수정란이 만들어지는데, 이 수정란이 점차 쪼개지면서 세포 수가 늘어나고, 조직이 되고, 기관이 만들어지면서 결국 생명체가 되거든. 

수정란은 5일쯤 지나면 세포가 백 개 정도인 배반포가 돼. 그때부터 세포는 바깥을 둘러싸고 있는 ‘세포영양막’이 될 부분과 태아로 발달할 ‘속세포덩이’ 두 종류로 나뉘지. 이중 속세포덩이가 바로 ‘배아줄기세포’라고 불리는 부분이야. 배아줄기세포는 피부나 뇌, 눈, 장, 위 등 서로 다른 기관으로 역할을 나눠 자라게 된단다.  

다 똑같던 세포들이 어떻게 서로 다른 기관으로 자라는 걸까? 그건 세포들이 어떤 단백질을 만들어내는지 등에 따라 달라져. 

과학자들은 오가노이드를 만들기 위해 이 과정에 주목했어. 특정 장기가 되기 위해 주변에 꼭 있어야만 하는 물질이 무엇인지 알면 실험실에서 원하는 장기를 만들 수 있을 거라 생각한 거지. 배아줄기세포나 유도만능줄기세포 등을 키울 때 그 물질을 함께 넣으면 될 테니까. 

가장 먼저 만들어진 오가노이드는 ‘장 오가노이드’야. 2009년 네덜란드 휴브레흐트연구소 한스 클레버스 그룹 리더팀의 사토 토시로 연구원이 만들었지. 당시 토시로 연구원은 장 줄기세포가 장의 표면을 이루는 상피세포로 자라기 위해서는 윈트(Wnt), 노긴(Noggin), 상피세포성장인자(EGF), 매트리젤, 이 네 가지 물질이 필요하단 사실을 알아냈어. 이중 앞의 세 가지는 줄기세포가 다양한 세포로 분화하기 위해 필요하고, 매트리젤은 줄기세포가 자라면서 장의 돌기인 융모와 움푹 들어간 장샘의 3차원 구조를 갖추기 위해 필요하단다.

●오가노이드는 아직 아기 단계?!

최근 오가노이드 연구에서는 ‘어떻게 하면 인간의 장기와 유사하게 성숙한 상태로 만들 수 있을까?’가 중요한 주제다. 줄기세포로 오가노이드를 만들면 세포가 태아의 세포 상태, 즉 미성숙한 상태로 남아있는데, 오가노이드를 성숙한 상태로 만들어야 약물 실험을 할 때 효과나 부작용 등을 정확히 예측할 수 있기 때문이다. 

한국생명공학연구원 손미영 책임 연구원은 장 오가노이드를 예로 들면서 “우리 몸 안에서는 줄기세포가 분화할 때 면역세포나 혈액세포 또는 장내 미생물 등과 소통하는데, 오가노이드를 키울 땐 이 소통이 없는 게 문제”라며 “그래서 다른 세포와 장 세포를 함께 배양하는 연구를 진행 중”이라고 설명했다.