국내 연구진, 코로나19 감염 기전 규명 성공…치료제 개발 적용 기대

▲(왼쪽부터) 한국과학기술원(KAIST) 주영석 교수, 케임브리지 대학 이주현 박사, 국립보건연구원 최병선 과장, 기초과학연구원(IBS) 고규영 혈관연구단장, 서울대학교 김영태 교수. (사진제공=한국과학기술원)

국내 연구진이 실험실에서 3차원으로 키운 사람의 폐포(허파꽈리)에 코로나19 바이러스를 배양해 감염 기전과 치료제 개발에 적용이 가능한 기술 개발에 성공했다.

한국과학기술원(KAIST)은 의과학대학원 주영석 교수 연구팀이 인간의 폐포 세포를 실험실에서 구현하는 3D 미니 장기기술을 개발하고, 이를 활용해 코로나19 바이러스가 인간의 폐 세포를 파괴하는 과정을 정밀하게 규명하는 데 성공했다고 26일 밝혔다.

이번 연구는 영국 케임브리지대학 이주현 박사를 비롯해 국립보건연구원 국립감염병연구소 최병선 과장ㆍ기초과학연구원(IBS) 고규영 혈관연구단장(KAIST 의과학대학원 교수)ㆍ서울대병원 김영태 교수와 KAIST 교원창업기업인 지놈인사이트와 공동으로 진행됐다. 공동연구팀의 이번 연구 결과는 줄기세포 분야 학술지 ‘Cell Stem Cell’ 22일 자 온라인판에 실렸다.

코로나19 바이러스는 생쥐 모델에 감염시키기가 어렵고, 특히 실험실에서 사용할 수 있는 폐 세포 모델은 존재하지 않아 직접적인 감염 연구의 한계가 존재해왔다. 공동연구팀은 이런 문제를 해소하기 위해 지속해서 배양이 가능한 3차원 인간 폐포 모델을 새롭게 정립했다. 실험실에서 사람의 폐 세포를 이용해 코로나19 바이러스 등 각종 호흡기 바이러스의 질병 기전을 연구할 수 있기 때문이다.

공동연구팀은 폐암 등 사람의 수술 검사재료에서 확보되는 사람 폐 조직을 장기간 안정적으로 3차원 배양할 수 있는 조건을 알아내는 데 성공했다. 실험 결과, 3D 폐포는 코로나19 바이러스에 노출되면 6시간 내 급속한 바이러스 증식이 일어나 세포 감염이 완료됐으나, 이를 막기 위한 폐 세포의 선천 면역 반응 활성화에는 약 3일가량의 시간이 걸렸다. 또 하나의 코로나19 바이러스 입자는 하나의 세포를 감염시키는 데 충분하다는 사실을 알아냈다. 감염 3일째 공동연구팀은 세포 가운데 일부분이 고유의 기능을 급격히 상실한다는 사실도 확인했다.

공동 교신저자인 주영석 교수는 “3차원 인체 폐 배양 모델 규모를 확대한다면 코로나19 바이러스를 포함한 다양한 호흡기 바이러스의 감염 연구에 유용하게 사용될 것”이라며 “동물이나 다른 장기 유래의 세포가 아닌 호흡기 바이러스의 표적 세포인 사람의 폐 세포를 직접 질병 연구에 응용함으로써 효율적이고 정확한 기전 규명은 물론 치료제 개발에도 이용할 수 있다”고 강조했다.

▲연구 요약도. (사진제공=한국과학기술원)