최근 해외 우수 논문 소개

Organoids
hESC-derived thalamic organoids form reciprocal projections when fused with cortical organoids.

Yangfei Xiang, Yoshiaki Tanaka, Bilal Cakir, Benjamin Patterson, Kun-Yong Kim, Pingnan Sun, Young-Jin Kang, Mei Zhong, Xinran Liu, Prabir Patra, Sang-Hun Lee, Sherman M. Weissman, and In-Hyun Park
Cell Stem Cell (Feb., 2019) DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2018.12.015

인간 배아줄기세포로에서 유래된 뇌 오가노이드 연구는 신경계의 발생, 발달, 기능 그리고 질환을 이해하기 위한 중요한 모델로서 연구되어져 왔으나, 대뇌 피질 혹은 중뇌와 같이 독립적인 부위의 확립을 위주로 기술의 발전과 기전의 이해가 시도되어 왔다는 한계를 가지고 있다. 뇌 기능의 특수성에 따라 뇌 부위 간, 혹은 말초신경과의 상호 연결과 신호 전달과 같은 기능 연결 연구가 매우 중요함에도 불구하고, 관련 연구는 현재까지 지지부진한 상태이다. 본 연구는 말초 감각과 뇌신경의 신호 전달 경로에서 중요한 역할을 하는 Thalamus를 오가노이드 기술로 재현하고자 시도하였으며, 수립된 thalamic organoid를 cortex organoid와 융합하여 뇌 부위간 연결성의 가능성을 확인하였다. 본 연구는 복합적인 뇌의 기능과 질환을 이해하기 위한 중요한 시도이며, 향후 뇌 부위 뿐 만이 아닌, 말초신경 및 타 장기와의 연결 연구에 있어 중요한 예시를 제공하는 사례이다.

Organoids & disease modeling
Human blood vessel organoids as a model of diabetic vasculopathy

Reiner A. Wimmer, Alexandra Leopoldi, Martin Aichinger, Nikolaus Wick, Brigitte Hantusch, Maria Novatchkova, Jasmin Taubenschmid, Monika Hämmerle, Christopher Esk, Joshua A. Bagley, Dominik Lindenhofer, Guibin Chen, Manfred Boehm, Chukwuma A. Agu, Fengtang Yang, Beiyuan Fu, Johannes Zuber, Juergen A. Knoblich, Dontscho Kerjaschki & Josef M. Penninger
Nature (Jan., 2019) DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0858-8

급증하는 당뇨 환자와 관리의 어려움은 전 세계적으로 보건 환경 및 경제적인 문제를 야기하고 있다. 당뇨가 문제시 되는 것은 비단 영양학적 측면 뿐만이 아닌 실명, 신부전, 심장 질환, 뇌질환 등 다양한 건강 문제를 야기하기 때문이며, 이는 종종 혈관 건강의 이상에 의하여 수반된다. 때문에 본 연구진은 혈관 오가노이드를 수립하여 당뇨 연구에 응용하기 위한 노력을 기울였다. 수립된 혈관 오가노이드는 쥐에 이식시 생리학적으로 기존의 혈관과 유사한 기능성을 보여주었으며, 당뇨의 환경에 노출 시 환자의 혈관과 유사한 병리 기전을 관찰 할 수 있었다. 본 연구는 오가노이드의 수립이 장기의 발생과 구조를 연구하는데에 그치지 않고 질환과 그 병리 현상을 정확히 모사하여 기전을 이해하는 데에 사용된 구체적인 최초 사례라 여겨지며, 향후 다양한 오가노이드를 활용한 질환 연구에 대표적인 사례라 판단된다.

Development
NFIA is a aliogenic switch enabling rapid derivation of functional human astrocytes from pluripotent stem cells.

Jason Tchieu, Elizabeth L. Calder, Sudha R. Guttikonda, Eveline M. Gutzwiller, Kelly A. Aromolaran, Julius A. Steinbeck, Peter A. Goldstein and Lorenz Studer
Nature biotechnology (Feb., 2019) DOI: https://doi.org/10.1038/s41587-019-0035-0

인간 신경계의 발생과 관련한 많은 노력에도 불구하고 gliogenesis의 기전은 여전히 많은 부분이 규명되지 않은 채로 남아있다. 이에 본 연구진은 핵단백질은 NFIA를 glial cell의 분화를 조절하는 인자로 규명하였으며, 이를 이용하여 줄기세포를 astrocyte로 분화하는데에 걸리는 소요 기간을 5일로 단축하는 결과를 보고하였다. 이렇게 만들어진 astrocyte는 신경세포의 시냅스 생성 및 신경 보호 특성을 보유하고 있으며, 뇌에 이식 이후 적절한 생착능력을 보여주었다. 본 연구는 향후 다양한 뇌신경질환에서 astrocyte의 기능과 재생이 주목받는 가운데 나온 결과이며, 이에 따라 향후 재생의학의 관점에서 이용 가능한 astrocyte를 빠르게 생산하여 공급 할 수 있는 기반 기술로서 활용 가치가 높을 것이라 사료된다.

Biotechnology & applicationt
Bioprinted pluripotent stem cell-derived kidney organoids provide opportunities for high content sreening.

J. William Higgins, Alison Chambon, Kristina Bishard, Anke Hartung, Derek Arndt, Jamie Brugnano, Pei Xuan Er, Kynan T. Lawlor, Jessica M. Vanslambrouck, Sean Wilson, Alexander N. Combes, Sara E. Howden, Ker Sin Tan, Santhosh V. Kumar, Lorna J. Hale, Benjamin Shepherd, Stephen Pentoney, Sharon C. Presnell, Alice E. Chen and Melissa H. Little
bioRxiv (Dec., 2018) DOI: http://dx.doi.org/10.1101/505396

인간 줄기 세포를 신장으로 유도하는 최근의 연구는 환자 유래 줄기 세포를 이용한 약물 탐색 및 질병 모델링의 발전을 이끌었다. 그러나, 오가노이드를 포함한 다양한 기술의 발전에도 불구하고, 약물 처리 대상이 되는 세포의 일관성 유지 실패는 매우 중요한 이슈로 떠올랐으며 결과의 신뢰성과 결과물의 품질 일관성을 위해 관련 기술의 개발이 요구되어왔다. 본 연구진은 약 4,000 개의 세포를 사용하여 신장 오가노이드를 수립하는 재현성 있는 방법을 개발하였으며, 이를 위한 3D 바이오 프린터 사용 예시를 보고하였다. 이렇게 수립된 신장 오가노이드는 조직 학적 분석 결과 상피, 사구체, 간질 및 내피 세포를 보유하는 것으로 확인되었으며, single cell RNAseq 기술을 활용하여 각 세포군의 성격을 규명하였다. 이러한 신장 오가노이드 수립 공정은 재현성이 뛰어나고 신속하여 치료제 개발을 비롯한 다양한 연구에 신뢰성을 부여할 것이라 기대되며, 이에 대한 예시로서 본 연구에서 해당 시스템을 이용하여 Doxorubicin toxicity를 검증함으로써 향후 3D 프린팅을 이용한 오가노이드 수립 연구에 있어 대표적인 예시를 제공하는 사례라 판단된다.

Resource
Single-Cell transcriptome analysis maps the developmental track of the human heart.

Yueli Cui, Yuxuan Zheng, Xixi Liu, Liying Yan, Xiaoying Fan, Jun Yong, Yuqiong Hu, Ji Dong, Qingqing Li, Xinglong Wu, Shuai Gao, Jingyun Li, Lu Wen, Jie Qiao
Cell Reports (Feb., 2019) DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.01.079

심장은 인간의 배아 발생기간 동안 독립적인 기능을 갖추는 첫 번째 기관이며, 수명을 다할 때까지 일정한 기능을 유지하는 특수한 기관이기도 하다. 이러한 특성으로 인하여 발생학적, 구조적, 기능적 특성에 대한 다양한 연구가 시도되었으나, 아직 심장의 기초를 구성하는 세포에 대한 이해조차 명확히 하지 못한 상황이다. 본 연구진은 배아에서의 심장이 발달하는 기전을 이해하고자 인간 배아의 발생 시기에 따라 각각 4,000개의 세포를 추출하였으며, 이들 세포를 single cell 전사체 분석을 통하여 심장의 구성과 발생을 이해하고자 노력하였다. 이로써 초기 심장 발달에 관계된 유전자의 그룹을 규명하고, 각 단계별로 주요인자와 발생학적 특징을 추정하였다. 지금까지 규명된 대부분의 연구가 마우스의 심장 발달에서 수행되었고, 최근 인간의 심장과 마우스 심장의 차이가 제기됨으로써 인간 심장을 대상으로 한 연구의 필요성이 대두되어 온 것이 사실이며, 본 연구 결과 역시 인간 심장과 마우스 심장의 차이를 검증하였다. 이에 따라, 향후 인간 심장 질환의 이해와 치료를 위해 본 연구 결과가 중요한 자료로 활용 될 것이라 사료된다.