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사람 폐 세포 배양 성공…코로나19 감염 기전 규명에 활용


KAIST 등 공동연구팀, 코로나19 치료제 연구 위한 플랫폼 개발

(왼쪽부터) KAIST 주영석 교수, 케임브리지 대학 이주현 박사, 국립보건연구원 최병선 과장, IBS 고규영 혈관연구단장, 서울대학교병원 김영태 교수.[KAIST 제공]
(왼쪽부터) KAIST 주영석 교수, 케임브리지 대학 이주현 박사, 국립보건연구원 최병선 과장, IBS 고규영 혈관연구단장, 서울대학교병원 김영태 교수.[KAIST 제공]

[아이뉴스24 최상국 기자] KAIST를 비롯한 공동연구팀이 세계 최초로 사람의 폐포(허파꽈리) 줄기세포를 실험실에서 3차원으로 배양하는 데 성공했다고 발표했다.

연구팀은 이를 활용해 코로나19 바이러스가 인간의 폐 세포를 파괴하는 과정을 정밀하게 규명했으며, 향후 치료제 개발에 적용할 수 있을 것이라고 밝혔다.

이번 연구는 KAIST 의과학대학원 주영석 교수 연구팀이 영국 케임브리지대학 이주현 박사, 국립보건연구원 국립감염병연구소 최병선 과장, 기초과학연구원(IBS) 고규영 혈관연구단장, 서울대병원 김영태 교수, KAIST 교원창업기업인 지놈인사이트와 공동으로 진행했으며, 연구 결과는 줄기세포 분야 세계적인 학술지 `Cell Stem Cell'에 10월 22일 발표됐다. (논문명:Three-dimensional human alveolar stem cell culture models reveal infection response to SARS-CoV-2)

연구요약도 [KAIST 제공]
연구요약도 [KAIST 제공]

질병 기전에 대한 정확한 이해를 바탕으로 치료제를 개발하기 위해서는 실험실에서 사용 가능한 인체 모사 모델이 필수적이다. 코로나19 바이러스는 생쥐 모델에 감염시키기가 어렵고, 특히 실험실에서 사용할 수 있는 폐 세포 모델은 존재하지 않기 때문에 직접적인 감염 연구의 한계가 있었다.

공동연구팀은 이런 문제를 해소하기 위해 지속적으로 배양이 가능한 3차원 인간 폐포 모델을 새롭게 정립했다. 이를 이용하면 실험실에서 사람의 폐 세포를 이용해 코로나19 바이러스 등 각종 호흡기 바이러스의 질병 기전을 연구할 수 있기 때문이다.

공동연구팀은 폐암 환자의 수술 검체에서 확보한 폐 조직을 장기간 안정적으로 배양하는 데 성공하고, 이를 코로나19 바이러스(SARS-CoV-2)에 노출시켜 감염과 면역반응을 확인했다. 바이러스 플라크 분석, 면역형광염색, 전자현미경 분석을 통한 세포내 소기관 변화를 확인하고, 단일세포 전사체 분석을 수행했다.

실험 결과, 인간 폐 세포는 코로나19 바이러스에 노출되면 6시간 내에 급속한 바이러스 증식이 일어나 세포 감염이 완료됐다. 반면 이를 막기 위한 폐 세포의 선천 면역 반응 활성화에는 약 3일 가량의 시간이 걸렸다.

또한 하나의 폐 세포를 감염시키는 데는 하나의 코로나19 바이러스 입자만으로도 충분하다는 사실을 알아냈다. 세포 가운데 일부분은 감염 3일만에 고유의 기능을 급격히 상실한다는 사실도 확인했다.

주영석 교수는 "3차원 인체 폐포 세포 배양모델의 확립을 통해 신종 코로나 바이러스의 감염 기전을 정밀 규명함으로써 코로나19 바이러스를 포함한 다양한 호흡기 바이러스의 치료제 발굴을 위한 플랫폼을 확립하게 됐다"고 연구 의의를 설명했다.

이번 연구는 한국연구재단·질병관리청·기초과학연구원(IBS)·서울대학교 의과대학·유럽연구이사회(ERC)·서경배과학재단·휴먼프론티어과학재단의 지원을 받아 수행됐다.

최상국 기자 skchoi@inews24.com






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