울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과와 포스텍 기계공학과 공동 연구팀은 사람 신장의 배관망 구조와 세포 기능을 재현한 인공 미니 신장(신장 오가노이드)을 개발했다고 11일 밝혔다. 이 연구 결과는 재료 과학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 최신호에 실렸다.

사람의 신장은 몸 속 노폐물을 걸러주는 네프론 약 100만개로 이뤄져 있다. 네프론 속을 흐르는 세관은 집합관으로 연결돼 노폐물이 배출된다. 실험실에서 만든 신장 오가노이드도 많지만, 이 집합관으로 연결되는 구조는 빠져 있었고, 네프론 안 세포들도 덜 성숙해 실제 신장 기능은 하기는 어려웠다.

연구팀은 배양 과정에서 저산소 환경을 만들어 이런 문제를 해결했다. 배아가 실제 발달하는 환경은 산소가 풍부하지 않기 때문에 이를 모사하면 역분화줄기세포가 네프론 세포뿐 아니라 집합관으로 이어지는 세포까지 함께 만들어진다. 두 계열 세포가 서로 신호를 주고받으며 성장하면서 여러 네프론이 집합관 유사 구조에 연결된 실제 신장과 가까운 네트워크가 형성됐다.

이렇게 만든 인공 미니 신장의 단일세포 유전체 분석을 한 결과, 세포 구성과 성숙도도 실제 인간 신장과 높은 유사성을 보였다. 질병에 걸린 장기 상태를 재현하는 질환 모델링과 약물 독성 평가에서도 유효성이 확인됐다. 실제로 연구팀은 신장 전체 세관에 낭종이 퍼진 다낭신장 질환에 걸린 오가노이드를 만들고, 신독성 항암제를 처리했을 때도 기존 오가노이드보다 훨씬 민감하게 독성을 감지한 것이 관찰됐다.