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한국생명공학연구원 미래형동물자원센터 김선욱 박사팀

 

한국생명공학연구원 미래형동물자원센터 김선욱 박사팀은 유전체편집과 형질전환ㆍ체세포핵치환 기법을 기반으로 고도로 면역결핍된 미니돼지를 세계 최초로 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

미니돼지는 체격이 큰 중대형 실험동물(이하 중대동물)로 혈액량이 많고 장기 크기와 생리학적 특징이 인간과 유사하여 생체 내에서 인간의 혈액을 재생시키기 위한 최적의 동물로 평가된다. 

미니돼지에 인간의 조혈줄기세포와 같은 이종세포를 생착시켜 재생을 유도하기 위해서는 T-세포, B-세포, NK-세포 등이 없는 면역결핍 상태이어야 하는데 이는 인간세포와 같은 외부세포를 이식했을 때 거부반응을 일으키지 않기 때문이다.

미국, 일본 등 주요국은 지난 10여 년간 인간 희귀난치질환 중 하나인 중증복합면역결핍(Severe-Combined Immunodeficiency, SCID)의 원인유전자단독 또는 복합적으로 결손시킨 미니돼지 모델 개발 연구를 진행해 왔으나, 림프구 결핍 표현형만 보이는 단순 SCID 동물모델만 개발하고 있어 보다 광범위하고 고도화된 면역결핍 미니돼지 개발이 필요한 상황이었다.
 

 

연구팀은 유전자가위(CRISPR/Cas9)를 활용하여 미니돼지 최초로 JAK3(주로 백혈구 등 면역세포에서 발현되는 티로신 키나아제) 유전자를 결손시킨  넉아웃(Knock-Out) 모델을 생산하고 특징을 분석했다.

그 결과 기존에 개발된 미니돼지보다 T-세포, B-세포, NK-세포와 같은 림프구의 결핍은 물론 단핵구 감소 및 대식세포 기능 저하와 같은 골수종 세포의 이상과 흉선 결손, 장 면역 손상 등 보다 광범위적으로 고도화된 면역결핍 특징을 보였다.

국내 연구진이 희귀난치질환 기초·전임상 연구개발 촉진과 인간 줄기세포와 같은 이종 세포의 생체 내 이식 및 재생을 가능케할 고도의 면역결핍 미니돼지 개발에 성공한 것이다.

이는 중증복합면역결핍과 같은 희귀난치질환 극복은 물론 미니돼지에서도 마우스와 같이 고도의 면역결핍을 통해 세포·조직의 인간화가 가능한 첨단모델동물 또는 생체 재생공장으로 개발이 가능해졌다는 것을 의미한다.

또한, 인간 줄기세포, 전구세포 등의 이식을 통해 인공혈액, 인공심장, 인공췌장과 같은 차세대 바이오인공장기 개발 가속화에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

김선욱 박사는 “이번 연구성과로 사람의 혈액을 중대동물의 생체 내에서 재생시키는 인공혈액 개발과 같은 차세대 바이오인공장기 연구개발이 가속화될 것”이라며 “그동안 인간화 연구가 필요했던 미니돼지 분야의 장벽들을 하나씩 허물게 하는 중요한 전환점으로 향후 면역결핍 미니돼지를 안정적으로 유지관리하고 활용할 수 있는 첨단 인프라의 구축에 매진하여 첨단바이오/재생의학 분야에서 새로운 글로벌 초격차 창출에 성심을 다하겠다”고 밝혔다.

 

이번 연구결과는 국제학술지 'Journal of Advanced Research'에 게재됐다.