“인공 미니 신장, 신장 질환 연구 판도 바꾼다”…UNIST·POSTECH 성능 개선 성과

인공 미니 신장 오가노이드 기술이 신장 질환 연구의 패러다임을 바꾸고 있다. 울산과학기술원(UNIST)과 포항공과대학교(POSTECH) 연구팀은 생체 신장의 네트워크 구조와 세포 기능을 높게 재현한 미니 신장 개발에 성공, 질환 모델링과 약물 독성 평가에서 기존 한계를 뛰어넘는 정확성을 보여 주목된다. 업계는 이번 연구 성과를 '신장 질환 연구와 오가노이드 기반 신약 평가 경쟁의 분기점’으로 평가하고 있다.

이번 성과는 UNIST 바이오메디컬공학과 박태은 교수와 POSTECH 기계공학과 김동성 교수팀이 공동으로 2024년 8월 21일 국제학술지 어드밴스드 사이언스에 발표했다. 인공 미니 신장은 실제 신장처럼 네프론(신장의 기능 단위) 100만 개의 배관망 구조와 각 기능을 담당하는 세포로 이루어진 장기 유사체다. 그간 오가노이드에서는 네프론이 집합관에 연결되지 않고, 세포의 성숙도가 낮아 정밀 질환 모델링에 한계가 있었다.

연구팀은 인공 신장 배양 과정에서 산소 농도를 낮춘 '저산소 환경'을 도입해 인간 배아 발달 환경을 모사했다. 그 결과 역분화줄기세포가 네프론뿐 아니라 집합관으로 이어지는 세포까지 함께 분화해, 여러 네프론이 실체적으로 연결되고 고도화된 네트워크를 형성하는 데 성공했다. 단일세포 유전체 분석에서는 실제 인간 신장과 거의 유사한 세포 구성·성숙도를 보였다. 기존 대비 세포 분화의 완성도와 구조적 정밀성이 크게 향상됐다.

실제적인 신장 질환 모델링과 신약 평가 효능도 크게 높았다. 연구팀은 신장 전반에 낭종이 발생하는 다낭신 질환 오가노이드를 만들어내는 데 성공했으며, 신독성 항암제 처리 시 기존 오가노이드보다 뛰어난 약물 반응 감지력을 입증했다. 기술의 정밀도는 환자 맞춤형 신약 독성 예측, 복잡한 신장 질환 기전 분석에도 활용 가능성을 보여준다.

특히 이번 기술은 기존 오가노이드 방식에서 재현이 어려웠던 배관망 연결·세포 미성숙 문제를 실질적으로 개선했다. 글로벌 바이오 시장에서도 오가노이드 기반 약물 평가와 동물실험 대체 기술 경쟁이 급격히 심화되는 가운데, 이번 미니 신장은 기술 우위를 강화하는 계기로 분석된다. 미국, 유럽은 이미 임상 전 단계에서 오가노이드 소자 활용이 본격화된 상황이다.

연구를 이끈 박태은 교수는 “실제 발달 환경을 재현해 구조와 기능 양쪽을 혁신적으로 개선했다”며, “질환 치료 후보 발굴과 약물 독성 예측의 신뢰도를 한층 높였다. 오가노이드가 동물실험을 대체하는 시대의 기반을 마련했다”고 말했다.

업계는 이번 미니 신장 기술이 정밀의료, 신장 질환 신약 개발, 동물실험 저감 등 다양한 분야로 빠르게 확산될지 주목하고 있다. 기술과 윤리, 산업과 제도 간 균형이 새로운 성장의 조건이 되고 있다.