약물평가·맞춤치료 기반…디지털 트윈 확장
[메가경제=김민준 기자] 환자 유래 유도만능줄기세포(iPSC)와 면역 미세환경을 결합해 자가면역질환을 보다 실제 환자와 가깝게 재현하는 연구 전략이 제시됐다. 연구팀은 향후 환자 맞춤형 약물 반응 예측과 동물대체 전임상시험 플랫폼으로 활용 가능성을 기대했다.
가톨릭대학교 의과대학은 유도만능줄기세포 응용연구소 주지현 교수와 임예리 교수, 이창진 연구원 공동 연구팀이 환자 유래 iPSC와 질환 특이적 면역 미세환경을 결합한 자가면역질환 오가노이드 설계 전략을 국제학술지 'Bioengineering & Translational Medicine'에 발표했다고 28일 밝혔다.
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| ▲ 주지현·임예리 교수와 이창진 연구원. [사진=가톨릭중앙의료원] |
자가면역질환은 면역체계가 자신의 조직을 공격하면서 만성 염증과 장기 손상을 일으키는 질환이다. 연구팀은 기존 2차원 세포배양이나 동물모델이 환자별 면역반응과 질환 특성을 충분히 반영하기 어렵다는 점에 주목했다.
연구팀은 환자 혈액이나 체세포에서 제작한 iPSC를 조직세포와 면역세포로 분화한 뒤 환자 혈청과 자가항체, 사이토카인, 세포외기질(ECM), 미세혈관 환경 등을 함께 구현하는 모델 설계 전략을 제안했다. 이를 통해 사람 유래 3차원 조직 안에서 환자의 유전적 특성과 질환 특이적 면역 환경을 동시에 재현하는 것이 핵심이다.
질환별로 구현해야 할 요소도 제시했다. 전신경화증은 섬유화와 혈관 손상, 전신홍반루푸스는 면역복합체와 인터페론 반응, 류마티스관절염은 활막 염증과 연골·골 파괴 환경을 반영해야 한다고 설명했다.
연구팀은 오가노이드와 장기칩(Organ-on-a-chip) 기술을 결합해 유체 흐름과 혈관 환경을 구현하고, 다중오믹스와 공간 이미징, 머신러닝 등을 활용해 실제 환자 조직과 모델의 유사성을 정량적으로 평가하는 방안도 함께 제안했다.
이 같은 플랫폼은 후보물질의 약효와 안전성 평가뿐 아니라 환자별 치료 반응 예측과 바이오마커 발굴, 복합약물 최적화에도 활용될 수 있을 것으로 연구팀은 전망했다. 장기적으로는 환자의 유전 정보와 면역 특성, 임상 데이터를 오가노이드와 연계한 '환자 디지털 트윈' 구축 가능성도 제시했다.
다만 연구팀은 임상 적용을 위해서는 iPSC 유래 세포의 성숙도 향상과 장기간 면역 환경 유지 기술, 제조 공정 및 평가 기준의 표준화 등이 추가로 해결돼야 한다고 설명했다.
가톨릭대학교 연구팀 관계자는 "이번 연구는 환자의 유전적 특성과 질환 특이적 면역 환경을 함께 반영하는 자가면역질환 모델 구축 방향을 제시한 데 의미가 있다"며 "향후 환자 맞춤형 약물 평가와 동물대체시험 플랫폼 개발에 활용할 수 있도록 관련 연구를 지속해 나갈 계획"이라고 말했다.
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