넥셀, 심근경색 뒤 2차 괴사·염증까지 재현한 심장 오가노이드 개발
심근경색 연구의 범위를 급성 손상에서 그 뒤에 이어지는 괴사와 염증으로 넓힌 심장 오가노이드 모델이 개발됐다. 심근경색이 발생했을 때의 상태에 더해 이후 나타나는 변화까지 실험 모델에 담은 것이다. 질환이 진행되는 과정을 연구하고, 이러한 변화에 대응하는 치료제의 효능을 평가하는 데 활용할 수 있도록 재현 대상을 확장했다는 점이 특징이다.
넥셀은 인간유도만능줄기세포(hiPSC) 기반 심장 오가노이드를 이용해 심근경색에 따른 이차 괴사와 무균성 염증을 모사하는 ‘2-Hit(투-히트)’ 모델을 개발했다고 14일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘Materials Today Bio’에 게재됐다. 이번 모델은 심근경색 이후 발생하는 이차 괴사와 만성 염증까지 재현할 수 있도록 개발됐다.
인간유도만능줄기세포는 여러 종류의 세포로 분화할 수 있는 상태로 되돌린 인간 세포를 뜻한다. 오가노이드는 세포를 바탕으로 장기의 특징을 구현한 장기 유사체다. 이번 연구는 이러한 심장 오가노이드에 질환의 특징을 재현하는 방식으로 이뤄졌다. 연구하려는 현상을 모델에 담아 질환 기전과 치료제 효과를 살펴볼 기반을 마련한 것이다.
이번에 재현 범위를 넓힌 핵심 대상은 이차 괴사다. 이차 괴사는 심근경색 이후 추가로 나타나는 세포 죽음을 가리킨다. 급성 손상에 대한 연구가 질환이 발생한 당시의 상태에 초점을 맞춘다면, 이차 괴사를 포함한 연구는 그 뒤에도 이어지는 손상을 함께 다룬다. 심근경색을 연구할 때 살펴보는 시간적 범위가 발생 이후로 확장되는 셈이다.
염증 역시 이번 모델의 주요 재현 대상이다. 자료에서 제시한 무균성 염증은 병원체의 감염 없이 발생하는 염증을 뜻한다. 만성 염증은 염증이 지속되는 상태를 가리킨다. 무균성이라는 말은 염증이 발생하는 맥락을, 만성이라는 말은 지속 양상을 설명한다. 두 표현을 함께 이해하면 이번 모델이 다루려는 염증의 성격을 보다 구체적으로 파악할 수 있다.
괴사와 염증을 함께 연구 대상으로 삼았다는 점도 의미가 있다. 세포가 죽는 현상과 염증 반응은 각각 살펴봐야 할 질환의 변화다. 심근경색 이후의 상태를 재현할 때 두 현상을 포함하면, 연구 질문도 추가 손상이 어떻게 나타나는지와 염증이 어떤 양상으로 이어지는지로 넓어질 수 있다. 이러한 질문을 다룰 수 있는 실험적 기반을 확장하는 것이 모델 개발의 의의다.
이번 연구는 넥셀이 2024년 발표한 심근경색·심장 섬유화 모델을 확장한 것이다. 심장 섬유화는 심장 조직에 흉터와 같은 섬유성 조직이 형성되는 현상을 뜻한다. 기존 모델이 다뤘던 급성 심근경색과 심장 섬유화에 이차 괴사와 염증이 더해지면서, 심근경색과 관련해 모델로 구현하려는 질환 현상의 범위가 넓어졌다.
이러한 확장은 질환 모델에서 무엇을 재현하느냐가 연구할 수 있는 질문과 맞닿아 있다는 점에서 중요하다. 급성 손상, 이후의 세포 죽음, 지속되는 염증은 연구의 초점이 서로 다른 대상이다. 넥셀은 기존 모델을 바탕으로 후속 손상과 염증까지 포함해, 심근경색 이후의 변화를 연구 대상으로 설정할 수 있도록 했다.
활용 방향 가운데 하나는 질환 기전 연구다. 기전 연구는 질환이 어떤 과정을 거쳐 발생하고 진행하는지 그 작동 원리를 살피는 일이다. 이번 모델에서는 심근경색 이후 나타나는 이차 괴사와 염증이 주요 연구 대상이 된다. 모델에 재현된 현상을 바탕으로 추가 손상과 염증의 진행 과정을 설명할 단서를 찾는 연구에 활용하려는 취지다.
또 다른 활용 방향은 치료제 효능평가다. 치료제의 효과를 평가하려면 약물이 겨냥하는 질환 상태를 연구 모델에서 다룰 수 있어야 한다. 이차 괴사와 염증을 재현한 모델은 이러한 현상에 대한 치료제의 효과를 살펴보는 데 활용될 수 있다. 심근경색 이후의 추가 손상과 염증도 효능평가의 대상으로 삼을 수 있도록 모델의 범위를 넓힌 것이다.
질환 기전 연구가 손상과 염증이 이어지는 과정을 이해하는 데 초점을 둔다면, 효능평가는 치료제가 그 질환 상태에 어떤 효과를 보이는지 살피는 데 목적이 있다. 이번 모델은 두 활용 방향에 공통으로 필요한 질환 재현 기반에 해당한다. 따라서 이번 발표에서 제시된 성과는 후속 괴사와 염증을 포함하는 연구·평가 도구를 마련했다는 데 있다.
넥셀의 이번 연구는 기존 심근경색·심장 섬유화 모델을 토대로 심근경색 이후의 질환 양상까지 재현 범위를 확장했다. 급성 손상에 이어 나타나는 세포 죽음과 지속되는 염증을 연구에 포함함으로써, 질환의 진행 과정을 이해하고 치료제의 효능을 살펴볼 수 있는 모델의 활용 범위를 넓혔다.
자료: 넥셀