오가노이드(미니장기) 개발로 동물 실험 대체 가능해진다
농촌진흥청은 한우의 소장(小腸)과 세포 구성 및 기능이 유사한 오가노이드(미니장기)를 국내 최초로 개발했다고 밝혔다.
실험동물의 보호·복지에 대한 사회적 관심이 높아지면서 동물실험을 대체할 수 있는 방법이 요구되고 있다. 특히 소와 같은 큰 동물(대동물) 실험은 공간, 비용 등의 한계로 연구에 어려움이 있다.
이번에 개발된 오가노이드는 동물 실험 대체 활용이 가능하며, 동물의 병원체 감염기전 구명 및 생체 면역반응 연구를 위한 질병 모델링 등 동물생명공학 분야에서 다양하게 이용될 수 있다.
연구진은 한우 소장에서 장(腸) 줄기세포를 포함한 조직을 분리하여 3차원 배양을 통해 안정적으로 증식시켜 오가노이드를 만드는 데 성공했다.
개발된 오가노이드는 소의 소장에서 특이적으로 발현되는 줄기세포 및 상피세포 표지인자가 강하게 발현됐다. 또한 다당류가 오가노이드의 세포를 투과하는 것을 확인했다. 이는 소장의 주요 기능인 영양분 흡수 능력이 있음을 의미한다.
연구 성과는 국제학술지인 ‘애니멀스(Animals)’ 에 게재 (Robust Three-Dimensional (3D) Expansion of Bovine Intestinal Organoids: An In Vitro Model as a Potential Alternative to an In Vivo System(Animals, https://www.mdpi.com/2076-2615/11/7/2115)2021년 7월호 게재)됐으며, 한우의 소장 오가노이드 생산을 위한 원천 기술에 대한 국내 특허출원도 완료했다.
농촌진흥청 국립축산과학원 류재규 동물바이오공학과장은 “한우소장 오가노이드 생산을 위한 원천 기술 확보로 그동안 접근하기 힘들었던 소와 같은 대동물 실험을 대체할 수 있을 것으로 보인다.”라며, “앞으로 가축 생산성 향상을 위한 사료 효율 및 안전성 평가와 질병 연구 등에도 다양하게 활용될 것으로 기대된다.”고 말했다.
한우의 소장 오가노이드 제작 및 특성분석
1. 한우의 장 성체줄기세포 추출 및 3차원 배양을 통한 소장 오가노이드 형성
- 한우 소장 조직에서 장 성체줄기세포를 포함하는 장선(Intestinal crypt, 창자액을 분비하는 샘)를 분리하여 3차원 체외 배양을 통해 소장 오가노이드를 만들었다.
- 3차원 배양은 줄기세포 배양에 최적화된 구조물에서 세포가 주변 환경과 상호작용하며 증식할 수 있게 유도하는 방법이다.
2. 한우 소장 오가노이드의 다당류에 대한 세포투과성 및 영양분 흡수능 확인
- 시간이 경과됨에 따라 검은 세포막 안쪽이 검은색에서 초록색으로 변한다.
- 한우 소장 오가노이드가 다당류에 대한 물리적 세포투과성을 확인했다. 이는 영양분 흡수 능력이 있음을 의미한다.
3. 한우 소장 오가노이드의 특성 분석
- 유전자 발현 패턴이 약할수록 파랗게, 강할수록 붉게 표현된다.
- 오가노이드1(다섯번 계대배양)과, 오가노이드2(열번 계대배양)는 한우 소장 세포와 매우 유사한 발편 패턴을 나타내지만 근육세포와는 다른 발현 패턴을 보이고 있다.
- 생체 조직 소장 상피세포의 주요 특성인 밀착연접(Tight junction), 부착이음(Adhesion junction), 접착반(Desmosome), 간극연접(GAP junction) 관련 핵심 유전자가 한우 소장 오가노이드에서도 매우 유사한 유전자 발현 패턴으로 나타났다.
출처 : 농촌진흥청
생명과학 농촌진흥청 (2021-10-13)