(성공사례) 인간 세포로 만든 갑상선 모델 개발 프로젝트

갑상선은 신체의 필수 호르몬을 많이 생성하지만, 음식, 옷, 가구에서 발견되는 화학물질은 갑상선 기능을 방해할 수 있으며, 이러한 화학 물질의 독성을 예측하는 것은 특히 저용량에서는 어려운 것으로 알려짐
우리는 일상생활에서 비스페놀 A, 에스트로겐 모방물질, 난연제와 같은 내분비 교란 화학물질(EDC)을 만날 수 있으며, 이러한 화학 물질에 노출될 경우 불임, 비만, 암과 같은 건강에 영향을 입게 됨
전통적으로 연구자들은 2D 세포 배양과 동물 모델을 사용하여 내분비 교란 물질의 잠재적 영향을 조사했으나 전자는 정밀성이 부족하고 후자는 궁극적으로 EU 집행위원회의 동물 복지에 대한 노력의 일환으로 EU 전역에서 단계적으로 폐지해 나가게 될 것

네덜란드 MERLN 기술 영감 재생 의학 연구소 (MERLN Institute for Technology-Inspired Regenerative Medicine) 소장인 Lorenzo Moroni가 이끄는 이 프로젝트 팀은 인간 갑상선을 모델링 한 혁신적인 3D 세포 분석 방법을 개발
이 프로젝트는 특히 민감도와 특이도와 관련하여 기존 2D 세포 배양 및 동물 모델의 한계를 극복하는 것을 목표로 함
"대부분의 갑상선 EDC 효과를 스크리닝하는 테스트는 여전히 2D 세포 배양 모델을 기반으로 한다. 이러한 모델은 종종 갑상선의 병리학적 상태와 매우 유사한 모델을 제공하기 때문에 병에 걸린 세포주를 사용한다. 이러한 세포주는 EDC 검사에 사용할 경우 제한적인 특이도와 민감도를 제공한다." (Moroni)

벨기에 브뤼셀 자유대학 (ULB)의 Sabine Costagliola 팀이 개발한 첫 번째 모델은 인간 줄기 세포에서 유래한 소형의 단순화된 갑상선인 오르가노이드를 포함
이는 천연 갑상선의 갑상선 호르몬 생성 기능을 복제한다. "우리는 처음으로 인간 줄기 세포에서 유래한 갑상선 난포 모델을 만들 수 있었다." (Moroni)
이러한 오르가노이드는 미세 유체 세포 배양 장치에 들어 있어 갑상선 세포의 자연적 환경을 모방하는 "장기 칩(organ-on-a-chip)" 모델을 만듦
이탈리아 파르마 대학에서 개발한 두 번째 모델은 갑상선의 자연적인 구성과 매우 일치하는 특별히 준비된 조직 프레임워크를 사용하여 개선된 구조와 기능을 제공
마지막으로 세 번째 모델은 갑상선을 지지하는 혈관 네트워크를 포함하여 갑상선의 모양과 레이아웃을 복제하는 3D 인쇄 구조를 포함
이러한 모델은 세포 배양 조건을 정확하게 제어하기 위한 혁신적인 감지 기술이 장착된 모듈식 미생물 반응기에 들어 있음

이 프로젝트는 또한 EDC의 생물학적 마커에 대한 새롭고 더 나은 이해를 가져왔으며, 이를 통해 이러한 화학물질이 갑상선 기능에 어떤 영향을 미치는지 밝혀냄
"우리의 혁신은 여러 기둥들 위에 기초해 있다. 이러한 세포적 새로운 모델은 3D 칩이나 생체 인쇄 구조물에서 배양되었으며, 둘 다 스크리닝된 EDC에 대한 더 높은 민감도를 제공했다." (Moroni)

"우리가 입증한 EDC에 대한 더 높은 특이성과 민감도는 낮은 용량에서 EDC의 추정 효과를 스크리닝할 수 있는 고품질 테스트 베드를 제공할 수 있다."(Moroni)
또한 이러한 고급 3D 분석법을 채택하면 동물 실험에 대한 의존도를 줄이고 윤리적 고려사항과 보다 인도적인 연구 방법에 대한 규제 추세에도 부합할 수 있음
이 접근 방식은 특정 물질에 노출되면 갑상선 발달과 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 방식을 이해하는 데 도움이 됨
과학자들은 컴퓨터 모델과 함께 단백질과 유전자를 연구하는 첨단 기술을 사용하여 초기 노출부터 최종 건강 영향까지의 단계를 추적할 수 있음
이 방법은 해로운 결과를 더 잘 예측하고 방지하기 위해 전체 프로세스를 매핑한다는 아이디어를 뒷받침함