[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술원(KAIST)은 의과학대학원 주영석 교수팀이 인간의 폐포 세포를 실험실에서 구현하는 3D 미니 장기기술을 개발하고 이를 활용해 코로나19 바이러스가 인간의 폐 세포를 파괴하는 과정을 규명했다고 26일 밝혔다.
지난 2019년 12월부터 중국 우한에서 발생하여 전세계로 확산된 COVID-19는 폐렴을 야기하고 이로 인한 호흡부전으로 사망하는 환자들이 발생했다.
신종 코로나바이러스는 생쥐 모델에 감염이 일어나지 않는 바이러스로 실험실에서 연구하기 위한 적절한 모델을 개발하는 것이 필요하다.
신종 코로나바이러스의 최종 감염지인 인간의 폐포를 실험실에서 장기간 배양할 수 있다면 신종 코로나바이러스의 병태생리를 이해하는데 큰 도움이 될 수 있다.
하지만 인체의 정상 폐조직은 3차원적으로 배양하는데 기술적인 어려움이 있었고 섬유세포와 같은 다른 종류의 세포와 함께 배양하지 않고는 장기간 배양이 불가능했다.
이번 공동연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 실험실에서 3차원으로 키운 사람의 폐포(허파꽈리)에 코로나19 바이러스를 배양해 감염 기전과 치료제 개발에 적용이 가능한 기술 개발에 성공했다.
연구과정을 보면 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.
더 나가서 3차원 인간 폐포 모델은 약물 스크리닝 등 치료법 개발에도 직접적으로 응용할 수 있다는 장점이 있다.
이후 폐암 등 사람의 수술 검사재료에서 확보되는 사람 폐 조직을 장기간 안정적으로 3차원 배양할 수 있는 조건을 알아내는 데 성공했다.
이 연구결과에 의하면 3D 폐포는 코로나19 바이러스에 노출되면 6시간 내 급속한 바이러스 증식이 일어나 세포 감염이 완료됐으나 이를 막기 위한 폐 세포의 선천 면역 반응 활성화에는 약 3일가량의 시간이 걸렸다.
이와 함께 하나의 코로나19 바이러스 입자는 하나의 세포를 감염시키는 데 충분하다는 사실을 알아냈다.
또 감염 3일째 세포 가운데 일부분이 고유의 기능을 급격히 상실한다는 사실도 확인했다.
공동 교신저자인 주영석 교수는 "이번에 개발한 3차원 인체 폐 배양 모델 규모를 확대한다면 코로나19 바이러스를 포함한 다양한 호흡기 바이러스의 감염 연구에 유용하게 사용될 것ˮ이라고 말했다.
이어 "동물이나 다른 장기 유래의 세포가 아닌 호흡기 바이러스의 표적 세포인 사람의 폐 세포를 직접적으로 질병 연구에 응용함으로써 효율적이고 정확한 기전 규명은 물론 치료제 개발에도 이용할 수 있다ˮ고 강조했다.
현재 코로나19 바이러스 대응 기술개발을 위해서는 다양한 기관의 지원과 관련 연구자들의 협력 연구가 필수적이고 영국 케임브리지대학 이주현 박사를 비롯해 국립보건연구원 국립감염병연구소 최병선 과장·기초과학연구원(IBS) 고규영 혈관연구단장(KAIST 의과학대학원 교수)·서울대병원 김영태 교수와 KAIST 교원창업기업인 ㈜지놈인사이트와 공동으로 진행됐다.
이 연구는 한국연구재단·질병관리청·기초과학연구원(IBS)·서울대학교 의과대학·유럽연구이사회(ERC)·서경배과학재단·휴먼프론티어과학재단의 지원을 받아 수행됐고 연구결과는 줄기세포 분야 세계적인 학술지 셀 스템 셀(Cell Stem Cell)에 10월 22일 게재됐다.