UNIST, 실제 신장 구조 모사한 인공 미니 신장 개발

• UNIST·포스텍 공동 연구
• 약물 효능·독성 검증 정확도 높여 동물실험 대체 가능성↑

국내 연구진이 실제 사람 신장의 배관망 구조와 기능을 정밀하게 재현한 인공 미니 신장(신장 오가노이드)을 개발했다. 울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과 박태은 교수와 포항공과대학교(POSTECH) 기계공학과 김동성 교수 연구팀은 신장의 연결 구조와 세포 기능을 동시에 구현한 오가노이드 제작에 성공했다고 11일 밝혔다.

사람의 신장은 일종의 정수기와 같은 정화 장치로, 약 100만 개의 네프론으로 구성된다. 네프론은 혈액에서 노폐물과 수분을 걸러내는 기본 단위이며, 내부의 세관은 집합관에 연결돼 최종적으로 소변을 통해 노폐물이 배출된다. 그러나 지금까지 실험실에서 제작된 신장 오가노이드는 이 집합관 구조가 빠져 있어 실제 신장의 배관망을 재현하지 못했고, 네프론 내부 세포 역시 덜 성숙해 실제 기능을 수행하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 배양 과정에서 저산소 환경을 조성했다. 이는 배아가 실제 발달하는 조건과 유사한데, 산소가 풍부하지 않은 환경을 모사하자 역분화줄기세포가 네프론 세포뿐 아니라 집합관 세포까지 함께 형성되었다. 나아가 두 계열의 세포가 서로 신호를 주고받으며 성장하면서 여러 네프론이 집합관 유사 구조와 연결된 네트워크를 이루었고, 단일세포 유전체 분석 결과 실제 인간 신장과 매우 높은 유사성을 가진 것으로 확인됐다.

이 인공 미니 신장은 단순히 구조적 유사성에 그치지 않고, 질병 모델링과 약물 독성 평가에도 활용 가능성이 입증됐다. 연구팀은 신장의 세관 전체에 낭종이 생기는 다낭신 질환을 모사한 오가노이드를 제작해 질병 연구에 적용했고, 신독성 항암제를 투여했을 때 기존 오가노이드보다 훨씬 민감하게 독성을 감지하는 결과를 얻었다. 이는 새로운 치료제 후보 물질의 효과를 검증하고 약물의 부작용을 사전에 평가하는 데 실질적으로 기여할 수 있음을 보여준다.

박태은 교수는 “배아 발달 환경을 재현해 구조와 기능 모두를 개선한 인공 신장을 만들었다”며 “향후 질병 치료제 탐색과 독성 예측의 정확성을 높여 오가노이드가 동물실험을 대체할 수 있는 가능성을 크게 확장했다”고 설명했다. 이번 연구에는 UNIST 임현지 연구원이 제1저자로 참여했으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 보건복지부, 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 8월 21일자 온라인판에 게재됐다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr