[국내연구자 소개] 손미영 박사/한국생명공학연구원 줄기세포융합연구센터
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국내 연구자 소개
- 손 미 영 박사
한국생명공학연구원
줄기세포융합연구센터
- 1. 연구실 소개
- 본 연구실은 한국생명공학연구원 줄기세포융합연구센터 소속으로 전분화능 줄기세포로부터 유래된 다양한 분화세포와 오가노이드를 활용하여 분화기전연구와 같은 기초연구에서부터 신약개발 및 독성평가와 같은 응용연구까지 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 오가노이드는 줄기세포로부터 분화된 특정 기관 및 조직-특이적 세포들의 3차원 구조체로써 현재 체외에서 인체 장기를 형태적, 기능적으로 가장 잘 모사할 수 있는 세포소재입니다. 전분화능 줄기세포-유래 오가노이드는 2차원 배양세포보다 인체 장기의 특성을 구조적, 기능적으로 잘 모사하여 질병모델이나 약물의 효능/독성 평가를 위한 플랫폼으로 활용될 것으로 기대되고 있으나 아직 성인의 성숙한 장기가 아닌 태아의 미성숙 장기와 유사한 상태로 개발되어 있다는 한계점이 있습니다. 본 연구실에서는 전분화능 줄기세포유래 분화세포 또는 오가노이드가 새로운 세포모델로써 여러 응용 연구에 활용될 수 있도록 체외성숙화 기전 연구 및 줄기세포 활용, 응용연구에 초점을 맞춰 연구를 수행하고 있습니다.
- 2. 연구내용
- 1) 전분화능 줄기세포 유래 장관 오가노이드(intestinal organoid)의 체외 성숙화 기술 개발
전분화능 줄기세포를 활용하여 장관 오가노이드를 분화, 배양하는 기술은 2011년 James Wells group에 의해 개발되었습니다. 하지만, 전분화능 줄기세포 유래 장관 오가노이드는 형태적, 기능적으로 미성숙한 태아의 장관 특성을 나타낸다는 한계점이 존재하였고, 성숙한 성인의 장관 특성을 획득하기 위해서는 Mouse의 Kidney에 이식하여 장기간 체내 배양하는 과정을 거쳐야 한다고 보고되어 있습니다. 질환모델이나 신약 스크리닝 플랫폼 등에 현재의 장관 오가노이드를 활용하기 위해서는 체외에서 규명된 조건하에 성숙한 장관의 특성과 기능성을 모사할 수 있는 인체 유사도가 높은 고기능성 장관 오가노이드로 발전시킬 필요가 있습니다. 저희 연구실에서는 다년간 장관 오가노이드 배양 시 체내환경을 모사해주는 방법을 통해 체외 성숙화 기술을 확립하는데 성공하였고, 이를 통해 발전된 인간 장관 모델로서 응용연구에 활용하는 연구를 진행하고 있습니다.
2) 장관 오가노이드와 장내미생물간의 상호작용 기전 연구
'제2의 장기'로 불리는 마이크로바이옴은 인체 위장관계에 가장 많은 수와 다양한 종류가 존재하며, 숙주 항상성 및 면역조절, 지질 대사, 위해성 미생물의 생착 저해 등 다양한 기능을 수행하고 있습니다. 최근 염증성 장질환, 당뇨 등 많은 질환과의 연관성이 발표됨에 따라 마이크로바이옴 연구의 중요성이 대두되고 있으며, '인체-공생미생물' 분야의 연구가 꾸준히 증가하고 있는 추세입니다. 현재 진행되고 있는 마이크로바이옴 연구는 실험동물 모델 및 2차원 세포배양법을 통한 암 세포주, biopsy를 통한 primary cell을 주로 사용하지만 인간과의 생리학적, 발생학적 차이가 존재하며, 마이크로바이옴이 주로 존재하는 인체 장관의 복잡성을 모사하기에는 한계가 있습니다. 본 연구실에서는 인체와 유사도가 높은 장관 오가노이드 모델을 이용하여 인체 장관-마이크로바이옴 상호작용 연구를 통해 마이크로바이옴-인체반응 시스템을 개발하는 연구를 진행하고 있습니다. 향후, 마이크로바이옴 유익/유해성 평가 플랫폼 기술 확보 및 질환 모델을 통한 마이크로바이옴 치료제 개발을 국내의 장내미생물 전문가 그룹과 공동연구를 진행하고 있습니다.
3) In vitro와 in vivo에서 염증성 장 질환 모델링
장관 질환 중 대표적 질환으로 알려진 염증성 대장 질환 (Inflammatory Bowel Disease, IBD)은 다양한 이유로 장관 내 과도한 염증 반응이 유도되어 Intestinal epithelium이 손상되는 표현형을 가집니다. 질병을 대변하는 in vivo IBD model은 오랜 기간 동안 다양한 모델이 개발되어 있으나, in vitro system은 구현에 어려움을 겪고 있습니다. 따라서 저희 연구실에서는 마우스 IBD 모델의 기전 연구를 바탕으로 본 연구팀에서 개발한 장관 오가노이드 이미징 및 추적 시스템을 이용한 고기능성 장관 오가노이드를 통해 in vitro IBD 모델을 개발하고, 기전 연구 및 신약 스크리닝에 적용할 수 있는 시스템을 구축하고자 연구를 수행하고 있습니다.
4) 위 오가노이드(gastric organoid) 활용 연구
인간 전분화능 줄기세포 기반의 감염성 질환 모델링에 대한 연구는 해마다 꾸준히 증가하는 추세이며, 최근 오가노이드 분화, 배양기술이 개발되면서 미생물의 감염을 통한 감염성질환의 기전 연구들이 오가노이드 모델에서 활발히 이루어지고 있습니다. 본 연구팀은 위궤양, 위암 등 위장 질환의 가장 큰 원인으로 알려져 있는 미생물 또는 바이러스 감염에 관련하여 세포신호기전을 포함한 발병 메커니즘 규명과 위장질환모델을 활용한 치료법 및 약물 스크리닝 플랫폼으로 활용하기 위해 위 오가노이드 시스템을 확립하였고, 현재 미생물유래 인자로 인한 감염성 질환의 발병기전 연구를 진행하고 있습니다.
5) 심근세포 활용 연구
전분화능 줄기세포로부터 심근세포를 분화하는 기법은 여러 프로토콜이 발표되어 있으나, 공통적으로 가지고 있는 현재 줄기세포 유래 심근세포의 한계점이 바로 심근세포 분화 효율에 있어 세포주 간 변이가 심각하고 특히 성공적으로 분화시킨 심근세포 또한 미성숙한 태아수준의 특성을 보유한다는 점 입니다. 저희 연구실에서는 모든 인간 배아 줄기세포주와 역분화 줄기세포주들을 세포주간 변이 없이 통용될 수 있는 고효율, 고순도 심근세포 생산 프로토콜을 개발하는데 주력하고 있으며, 동시에 심근세포의 기능적 성숙화를 유도하여 인체유사도가 높은 심근 모델로서, 생체모사 칩 개발 등의 응용연구에 활용될 수 있는 심근세포 분화 기술을 확보하고자 연구를 진행하고 있습니다. - 3. 최근 대표논문 (2017-2018)
- Jung KB, Lee H, Son YS, Lee MO, Kim YD, Oh SJ, Kwon O, Cho S, Cho HS, Kim DS, Oh JH, Zilbauer M, Min JK, Jung CR, Kim JH, Son MY. Interleukin-2 induces the in vitro maturation of human pluripotent stem cell-derived intestinal organoids. NAT COMMUN. 2018 Aug 2;9(1):3039.
Jung KB*, Lee H*, Son YS, Lee JH, Cho HS, Lee MO, Oh, JW, Lee J, Kim S, Jung CR, Kim J, Son MY. In vitro and in vivo imaging and tracking of intestinal organoids from human induced pluripotent stem cells. FASEB J. 2018 Jan;32(1):111-122.
Oh JH*, Jung CR*, Lee MO, Kim J, Son MY. Comparative analysis of human embryonic stem cell-derived neural stem cells as an in vitro human model. Int J Mol Med. 2018 Feb;41(2):783-790.
Son MY, Jung CR, Kim DS, Cho H. Comparative in silico profiling of epigenetic modifiers in human tissues. Mol Biol Rep. 2018 Jun;45(3):309-314.
Kim DS*, Ryu JW*, Son MY*, Oh JH, Chung KS, Lee S, Lee JJ, Ahn JH, Min JS, Ahn J, Kang HM, Kim J, Jung CR, Kim NS, Cho HS. A Liver-specific Gene Expression Panel Predicts the Differentiation Status of in vitro Hepatocyte Models. Hepatology. 2017 Nov;66(5):1662-1674. (*; equally contributed)
Son MY, Sim H, Son YS, Jung KB, Lee MO, Oh JH, Chung SK, Jung CR, Kim J. Distinctive genomic signature of neural and intestinal organoids from familial Parkinson's disease patient-derived induced pluripotent stem cells. Neuropathol Appl Neurobiol. 2017 Dec;43(7):584-603.
Jung KB*, Son YS*, Lee H*, Jung CR, Kim J, Son MY. Transcriptome dynamics of human pluripotent stem cell-derived contracting cardiomyocytes using an embryoid body model with fetal bovine serum. Mol. BioSyst. 2017 Jul 25;13(8):1565-1574. - 4. 연구책임자 및 연구실 정보
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- • 소속: 한국생명공학연구원 국가아젠다연구부 줄기세포융합센터
- • 이메일: myson@kribb.re.kr
- • 연구실 위치: 한국생명공학연구원 연구동 3134호, 3106호
- • 이력
2005-Present: Principal Researcher, KRIBB
2015-Present: Associate Professor, UST
2009-2013: Ph.D, KAIST
1998-2000: M.S, Kyungpook National University - • 연구실 구성원
연구책임자: 손미영
박사후 연구원: 권오만, 강성민
UST 통합 과정: 손예슬, 정광보, 이하나
