인공혈액 개발 연구가 초기 헤모글로빈 단백질과 산소 결합능력이 뛰어난 화합물 개발에서 최근 인체 적합도를 높여 안전성을 확보하는 방향으로 바뀌고 있다.
한국생명공학연구원(이하 생명연) 미래형동물자원센터 김선욱 박사팀이 유전체편집과 형질전환·체세포핵치환 기법을 적용해 고도 면역결핍 미니돼지를 세계 최초로 개발했다.
이번 성과로 인공혈액 개발이 앞당겨질 전망이다.
미니돼지는 혈액량이 많고 장기 크기와 생리학적 특징이 인간과 유사해 생체 내에서 인간의 혈액을 재생시키기 위한 최적의 동물로 평가된다.
미니돼지에 인간의 조혈줄기세포와 같은 이종세포를 생착시켜 재생을 유도하려면 T-세포, B-세포, NK-세포 등이 없는 면역결핍 상태여야 외부세포 이식에 따른 거부반응이 발생하지 않는다.
이에 미국, 일본 등 주요국은 희귀난치질환인 중증복합면역결핍(SCID)의 원인유전자를 결손시킨 미니돼지 모델 개발하고 있지만, 림프구 결핍 표현형만 보이는 단순 SCID 동물모델만 개발하고 있어 보다 광범위하고 고도화된 면역결핍 미니돼지 개발이 필요한 상황이다.
연구팀은 유전자가위 ‘CRISPR/Cas9’으로 미니돼지 최초로 면역세포에서 발현되는 티로신 키나아제 ‘JAK3 유전자’를 결손시킨 넉아웃 모델을 생산했다.
이를 분석한 결과 기존 미니돼지보다 T-세포, B-세포, NK-세포와 같은 림프구의 결핍은 물론 단핵구 감소 및 대식세포 기능저하와 같은 골수종 세포 이상과 흉선결손, 장면역 손상 등 광범위하고 고도화된 면역결핍 특징을 확인했다.
이는 희귀난치질환 기초·전임상 연구개발 촉진과 인간 줄기세포와 같은 이종세포의 생체이식 및 재생을 가능케 할 고도의 면역결핍 미니돼지를 개발한 것으로, 중증복합면역결핍과 같은 희귀난치질환 극복할 수 있고, 특히 미니돼지에서 생쥐모델처럼 고도의 면역결핍으로 세포·조직의 인간화가 가능한 첨단모델동물 및 생체 재생공장으로 개발하는 게 가능해졌음을 의미한다.
아울러 인간 줄기세포, 전구세포 등을 이식해 인공혈액, 인공심장, 인공췌장 등 차세대 바이오인공장기 개발에도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
김 박사는 “이번 연구는 사람 혈액을 중대동물 생체에서 재생시키는 인공혈액 등 바이오인공장기 연구개발을 앞당길 것”이라며 “그동안 인간화 연구가 필요했던 미니돼지 분야의 장벽들을 하나씩 허무는 중요한 전환점”이라고 설명했다.
이어 “향후 면역결핍 미니돼지를 안정적으로 활용할 수 있는 첨단 인프라를 구축해 첨단바이오 재생의학 분야에서 새로운 글로벌 초격차를 창출하겠다”고 덧붙였다.
한편, 이번 연구성과는 국제학술지 ‘Journal of Advanced Research (IF 11.4’) 지난달 23일자 온라인에 게재됐다.
(논문명 : JAK3-deficient mini-pigs exhibit impaired lymphoid organogenesis, intestinal structure, and leukocyte/cytokine production / 교신저자 : 김선욱·심보웅 박사 / 공동 1저자 : 정필수·양해준·박영호 박사)
