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눈물샘 세포 키웠더니 30분 만에 세포가 울었다

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눈물샘 세포 키웠더니 30분 만에 세포가 울었다

2021.03.17 18:00
네덜란드 연구팀 눈물샘 오가노이드 개발
네덜란드 위트레흐트대 연구진이 개발한 눈물샘 오가노이드. 셀스템셀 제공
네덜란드 위트레흐트대 연구진이 개발한 눈물샘 오가노이드(미니 인공장기). 세포에 눈물이 차면서 부풀어 오르는 과정이 생생하게 담겼다. 휘브레흐트연구소 제공

네덜란드 연구팀이 사람의 눈물샘처럼 눈물이 나오는 인공 눈물샘을 개발하는데 성공했다. 


한스 클레버르스 네덜란드 위트레흐트대 분자유전학부 교수 겸 휘브레흐트연구소 그룹리더가 이끄는 연구팀은 눈물을 흘릴 수 있는 눈물샘 오가노이드를 만들어 국제학술지 ‘셀스템셀’ 16일자에 공개했다. 

 

오가노이드는 사람이나 동물의 세포를 배양해 만든 일종의 ‘미니 인공장기’다.  클레버르스 연구팀은 2009년 세계에서 처음으로 인간의 장 줄기세포를 키워 장 오가노이드를 만드는 등 오가노이드 연구에서는 세계 최고로 꼽힌다. 그간 연구팀은 간, 췌장, 방광 등 다양한 인간 장기 오가노이드를 만들었고, 파충류의 줄기세포를 이용해 뱀독을 생성하는 오가노이드도 개발했다. 


연구팀은 지난해 쥐의 눈물샘 세포를 이용해 오가노이드를 만드는 데 성공한 뒤 사람의 눈물샘 세포로 오가노이드 제작을 시도했다. 육체적으로 통증을 느끼거나 감정적으로 자극을 받을 때 인간의 뇌는 눈물샘에 눈물을 흘리라는 명령을 내린다. 

 

클레버르스 교수는 16일(현지시간) 가디언에 “뇌의 신경세포(뉴런)에서 눈물을 흘리라는 정보를 눈물샘에 전달하는 호르몬은 아드레날린”이라며 “눈물샘 오가노이드가 성장하는 동안에는 아드레날린을 주입해도 눈물이 나오지 않았지만, 일단 세포분열이 중단돼 성장을 멈추자 아드레날린에 의해 눈물을 흘리기 시작했다”고 말했다. 눈물샘 오가이드가 눈물을 흘리기까지 걸린 시간은 약 30분으로 매우 짧았다. 

 

눈물샘에서 나온 눈물은 안구 표면을 촉촉하게 적셔 각막을 보호하고 이물질을 제거하는 역할을 한다. 눈에 영양분도 공급한다. 연구팀은 눈물샘 오가노이드가 눈물 연구나 안구건조증 등 눈 질환을 다루는 신약 개발에 사용될 것으로 예상하고 있다.

 

이미 연구팀은 크리스퍼 유전자 가위를 이용해 눈물샘 발달의 핵심 유전자인 Pax6를 다루는 기술을 확보했다. Pax6는 눈 발달에 관여하는 유전자로 초파리 배아의 다리 형성 부위에 생쥐의 Pax6를 발현시키면 초파리 다리에 겹눈 구조가 형성된다는 사실이 확인됐다. 클레버르스 교수는 “악어는 눈물을 흘리지 않고 염분만 제거한다”며 “악어가 눈물샘을 신장처럼 사용하는 방식을 알아내는 연구를 시작했다”고 말했다.

 

현재 오가노이드 개발에는 인간의 배아줄기세포와 성체줄기세포가 사용되고 있다. 둘 중에서는 상대적으로 확보가 쉽고 윤리적인 논란이 없는 성체줄기세포를 이용한 오가노이드 개발이 많이 이뤄졌다. 클레버르스 교수팀도 성인의 몸에 존재하는 성체줄기세포를 이용해 오가노이드를 개발하는 대표적인 연구 그룹이다. 

 

정초록 한국생명공학연구원 줄기세포융합연구센터 책임연구원은 “오가노이드는 줄기세포를 배양하는 기술이 기본“이라며 ”클레버르스 교수팀이 2009년 처음으로 장 오가노이드를 만들었을 때 Lgr5라는 유전자가 줄기세포 발현에 결정적이라는 사실을 알아낸 게 컸다”고 설명했다. 

 

정 책임연구원은 “세계적으로 오가노이드 연구는 실제 장기와 비슷하도록 성숙도를 높이는 문제와 3D 프린팅 등 다양한 방식으로 대량배양 기술을 확보하는 게 핵심”이라며 “오가노이드는 향후 재생의료에서 핵심적인 역할을 할 것”이라고 덧붙였다. 

 

네덜란드 위트레흐트대 연구진이 개발한 눈물샘 오가노이드. 셀스템셀 제공
네덜란드 위트레흐트대 연구진이 개발한 눈물샘 오가노이드를 현미경으로 관찰하자 눈물(붉은색)이 생성된 사실이 확인됐다. 휘브레흐트연구소 제공

 

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