신장 오가노이드

1. 개요

신장 오가노이드는 신장과 유사한 구조를 갖도록 실험실에서 배양된 세포 덩어리이다. 대표적인 분화 방법에는 Little Method와 Taguchi Method가 있다. Little Method는 2D 상태의 만능 줄기 세포를 여러 성장 인자를 처리하여 원시선, 중간중배엽을 거쳐 3D 배양 환경에서 성숙시키는 방식이다. Taguchi Method는 요관 싹과 중간엽을 각각 분화시킨 후 공배양하여 신장의 집합관 구조와 유사하게 분화시키는 방법이다. 신장 오가노이드는 생체 내 이식을 통해 혈관화가 이루어질 수 있으며, 시험관 내에서는 간접적인 관류 배양을 통해 혈관화를 유도할 수 있다.

2. 대표적 분화 방법

신장 오가노이드를 제작하기 위한 다양한 분화 방법들이 개발되었다. 대표적인 방법으로는 Little Method와 Taguchi Method가 있다. Little Method는 만능줄기세포(PSC)를 2차원(2D) 상태에서 배양하여 성장인자를 처리하고, 3차원 배양을 통해 신장 오가노이드로 분화시키는 방법이다. Taguchi Method는 요관싹(UB)과 후신중배엽(MM)을 각각 분화시킨 후 함께 배양하여 실제 신장과 유사한 구조를 형성하도록 유도하는 방법이다.

2.1. Little Method

Little 사단의 분화 방법은 2D 상태의 PSC를 50-60% Confluency 정도로 준비한 후 CHIR을 4일간 처리하여 PS(Primitive Streak)로 분화하고, 성장인자인 FGF9과 Heparin을 3일간 처리하여 중간중배엽(IM ; intermediated mesoderm)으로 분화시킨다. 이후 CHIR shock을 주고 Air-Liquid 3D 배양 환경으로 옮겨 추가적으로 성숙시킨다.

2.2. Taguchi Method

Taguchi 사단의 분화 방법으로, UB와 MM을 각각 분화시킨 후 공배양하여 실제 신장의 집합관 구조와 유사하게 분화시키는 방법이다.

3. 혈관화

신장 오가노이드의 기능성 향상을 위해 혈관화는 필수적인 과정이다. 현재까지 개발된 방법은 다음과 같다.

* 이식: 쥐의 신장 캡슐 부위에 신장 오가노이드를 이식하여 추가적인 성숙을 유도하면, 쥐의 혈관과 오가노이드 내에 존재하던 혈관내피 전구세포가 결합하여 혈관화가 이루어지는 것으로 추정된다.
* 관류 배양: 시험관 내(In vitro)에서는 아직 직접적인 관류 모델이 개발되지 않았다. 그러나 배양 틀에서 간접적인 관류를 형성하여 고도화 및 혈관화를 유도하는 방법이 연구되고 있다.

3.1. 이식

쥐의 신장 캡슐 부위에 신장 오가노이드를 이식한 뒤 추가 성숙화를 시키면 쥐의 혈관과 오가노이드 내 존재하던 혈관내피 전구세포가 합쳐져 혈관화되는 것으로 추정된다.

3.2. 관류 배양

In vitro 상에서는 아직 직접적인 관류 모델이 없다. 다만 배양 틀에서 간접적인 관류를 형성하여 고도화, 혈관화하는 방법이 있다.