오가노이드는 세포, 조직 및 기관 연구에 새로운 차원을 추가합니다.

조직 공학, 유전자 편집, 장기 칩: 세포 배양과 세포주가 생물학과 의학을 변화시켰다는 데는 의심의 여지가 없습니다.

그러나 과학이 하나 또는 두 개의 세포 유형이 할 수 있는 한계에 접근함에 따라 연구자들은 신체 환경을 모방하고 세포뿐만 아니라 조직 및 기관을 모방할 수 있는 새로운 도구인 오가노이드에 눈을 돌리고 있습니다.

Andrew Ewald는 "지난 10년 동안 가장 놀라운 일 중 하나는 문자 그대로 전 세계 수백 개의 실험실의 협력을 통해 이 오가노이드 툴킷을 사용하여 신체 외부의 모든 세포 유형을 배양할 수 있다는 사실을 발견한 것입니다."라고 말했습니다. 존스 홉킨스 의과대학 세포생물학과 교수.

100년 넘게 연구자들은 질병, 독소 및 치료법을 연구하기 위해 실험실에서 세포를 배양해 왔습니다. 그러나 책의 한 페이지를 복사하는 것처럼 세포 배양은 이야기의 일부만을 알려줄 뿐입니다.

여러 개의 상호 작용하는 세포 유형을 포함하는 유기체는 개요와 비슷합니다. 배양물과 오가노이드의 차이는 오이와 샐러드, 점화 플러그와 엔진의 차이와 같습니다.

Ewald는 “그들은 장기와 유사합니다. 이러한 3차원 배열의 세포 구조적 특징은 신체 내부에서 보이는 방식과 매우 유사합니다.”라고 말했습니다.

Ewald의 연구는 1980년대 후반에 3차원 단백질 지지체에서 성장한 유방의 상피 세포가 관을 형성하고 심지어 우유를 만들 수도 있다는 사실을 보여준 이 분야의 선구자들의 연구를 기반으로 합니다. 이는 살아있는 인간을 대상으로 연구하기 어려운 과정입니다.

Ewald는 “우리는 실험실에서 며칠 내에 새로운 튜브가 시작되고, 늘어나고, 분기되고, 성숙한 분화 상태로 분극되는 것을 볼 수 있습니다.”라고 말했습니다.

Ewald는 또한 암과 전이를 연구합니다. 그러나 암세포가 중요한 기관에 새로운 종양을 형성하는 데는 몇 주 또는 몇 년이 걸릴 수 있으므로 Ewald는 오가노이드를 사용하여 실험실에서 다양한 과정 단계를 모델링합니다.

오가노이드가 복잡한 세포 과정에 제공하는 이 창은 과학자들이 복잡하고 전문화된 뇌 세계에서도 세포가 어떻게 발달하고, 변화하고, 죽는지 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다.

ASU 분자생물학자인 David Brafman은 “우리는 알츠하이머병에 초점을 맞춰 신경발달과 신경퇴행성 질환의 측면을 연구하기 위해 이를 실제로 사용하고 있습니다.”라고 말했습니다.

연구자들은 자신의 조직 유형에 특정한 세포를 만드는 성체 줄기 세포 또는 특정 배양 및 성장 인자와 관련된 적절한 넛지를 통해 신체의 모든 세포 유형이 될 수 있는 유도 만능 줄기 세포(iPS)에서 오가노이드를 성장시킬 수 있습니다.

연구자들이 어떤 유형을 사용하기로 선택하는지는 그들의 필요와 목표에 따라 다릅니다.

Brafman의 연구실에서는 건강한 사람에게서 채취한 iPS 세포에 다양한 질병 위험 요소를 도입했습니다. 이들 세포는 유전적으로 동일하기 때문에 위험 요인과 질병 사이에 보다 명확한 인과 관계를 제공합니다.

“이는 건강한 환자 그룹과 질병에 걸린 환자 그룹에서 iPS 세포 세트를 채취하는 것보다 훨씬 더 많은 제어 기능을 제공합니다. 여기서는 질병 상태를 건강한 상태와 비교할 뿐만 아니라 비교도 수행합니다. 유전적 배경의 차이”라고 Brafman은 말했습니다.

오가노이드의 유용성은 부분적으로 다양하고 상호 작용하는 세포 유형을 수용하는 전체 이웃을 구성하는 능력에 있습니다. 이 복잡한 환경을 이해하기 위해 연구자들은 특수 염료를 사용하여 세포 유형을 다양한 색상으로 염색합니다.

UA 암세포 생물학자인 Curtis Thorne은 "실제로 그들을 살펴보면 우리가 수집한 조직의 모든 세포 유형을 가지고 있음을 알 수 있습니다."라고 말했습니다.

맛이 좋지 않은 암브로시아 샐러드와 다르지 않게 건포도 같은 반점이 뒤덮인 젤라틴 덩어리로 오가노이드를 상상해보세요. 레시피는 간단하지는 않지만 간단합니다. 건강하거나 질병이 있는 샘플로 시작하십시오. 효소를 첨가하고; 원하는 세포를 분리하기 위해 자르십시오. 3D 단백질 비계에 배치하고; 영양 수프를 추가하십시오; 기후가 조절되는 챔버에서 자라도록 두십시오.

"몇 주에 걸쳐 우리는 오가노이드라고 부르는 작은 구조가 자라는 것을 보게 될 것입니다."라고 Thorne은 말했습니다. "그리고 그것들이 충분히 커지면, 우리는 그것들을 분해하여 비계에 다시 걸 수 있고, 계속해서 성장하고 증폭할 수 있습니다."