소개글
"오가노이드 실험"에 대한 내용입니다.
목차
1. 탐구 동기 및 목적
1.1. 탐구 동기
1.2. 탐구 목적
2. 오가노이드의 정의와 연구의 역사
2.1. 오가노이드의 정의
2.2. 오가노이드 연구의 역사
3. 오가노이드 연구에 쓰이는 줄기세포
3.1. 줄기세포의 정의, 특징, 종류
3.2. 줄기세포를 이용한 오가노이드 연구
4. 오가노이드 형성 과정
4.1. 3차원 배양 기술
4.2. 오가노이드 제작 방법
5. 오가노이드의 활용
5.1. 개인 맞춤형 의약품
5.2. 동물 실험의 대체 방안
5.3. 질환 모델
5.4. 재생 의학의 도구
5.5. 생체모사기술
6. 오가노이드의 한계점
6.1. 면역 시스템 및 혈관계 부재
6.2. 크기 및 배양 환경의 제한성
6.3. 윤리적 문제
7. 조직 공학과의 연관성
7.1. 바이오프린팅 기술
7.2. 세포외 기질의 구현
8. 탐구 결론
9. 활동 소감
10. 참고 문헌
본문내용
1. 탐구 동기 및 목적
1.1. 탐구 동기
2019년 5월에 대한 치과의사협회 종합학술대회에 참가했는데 그곳에서 조직 공학 기반 골재생에 관한 강연을 듣게 되었다. 치의학이 평소 알던 보철 치료나 임플란트에 관한 내용만 있는 줄 알았는데, 조직 공학을 기반으로 하는 골재생 연구까지 하고 있다는 사실에 놀랐다. 집에 돌아와서 조직 공학이 무엇인지 찾아보니, 손상된 조직을 대체하기 위해 인체 내에서 원래의 모습 및 기능을 가진 조직을 실험실에서 만드는 분야이고, 이 기술이 발전되면 장기까지도 만들 수 있으며, 그 연구에는 줄기세포를 이용한다는 사실을 알게 되었다. 아직 이 분야에 대해 아는 것이 없었으므로 우선 줄기세포 연구에 대해서 알아봐야겠다고 생각했다. 그때 지난 봄 생물나라 동아리에서 줄기세포를 이용하여 인체의 장기를 만드는 '오가노이드'에 대한 칼럼을 읽은 것이 기억났다. 따라서 이번 기회에 오가노이드에 대한 탐구 활동을 통해 줄기세포 연구에 대해 자세히 알고 이후 조직 공학과의 연관성도 생각해 보려고 한다.
1.2. 탐구 목적
오가노이드 연구의 목적은 인체의 장기와 유사한 미니 장기를 실험실에서 제작하여 다음과 같은 활용을 도모하는 것이다. 첫째, 개인 맞춤형 의약품 개발을 위한 체외 시험 모델로 활용하는 것이다. 둘째, 동물실험의 대체 방안으로 활용하는 것이다. 셋째, 질환 모델로 활용하여 질병 기전 연구와 신약 개발에 활용하는 것이다. 넷째, 재생 의학의 도구로 손상된 조직을 복구하는 치료제 개발에 활용하는 것이다. 다섯째, 생체모사기술에 활용하여 실제 인체와 유사한 반응을 체외에서 구현하는 것이다. 이처럼 오가노이드 연구는 줄기세포 기술을 활용하여 실제 인체와 유사한 미니 장기를 만들어 의학적 발전을 도모하는 것이 주된 목적이다.
2. 오가노이드의 정의와 연구의 역사
2.1. 오가노이드의 정의
오가노이드의 정의는 인체에서 떼어낸 줄기세포를 외부 환경에서 3차원적으로 배양해서 만든 장기 유사체, 즉 미니 유사 장기이다. 장기를 뜻하는 'organ'과 유사함을 뜻하는 접미사 '-oid'가 합쳐져 탄생한 신조어로서, 2009년 네덜란드의 한스 크레버스 박사가 생쥐의 직장에서 얻은 줄기세포로 미니 내장을 만들어 오가노이드란 이름을 붙인 데서 유래한다. 2013년 영국의 매들린 랭키스터 박사는 신경줄기세포로 인간의 뇌 오가노이드를 만들었으며, 이후 미국과 일본 등지에서 오가노이드 연구가 활발해져 심장, 위, 간, 신장, 췌장, 갑상선 등 11개 주요 신체 장기를 포함해 다양한 오가노이드가 만들어지고 있다. 오가노이드가 되려면 모사하고자 하는 장기의 세포로 구성되며, 그 장기의 특이적 구조를 갖추고, 그 장기의 특이적 기능을 재현해야 한다. 이렇듯 오가노이드 연구가 급격히 발전하면서, 이 연구는 2013년 The scientist 지에서 가장 진보된 과학적 성과로 선정되었고, 2017년 국제 학술지 Nature에서 올해의 기술로 선정되기도 했다.
2.2. 오가노이드 연구의 역사
오가노이드는 2009년 네덜란드의 한스 클레버스 박사가 생쥐의 직장에서 얻은 줄기세포로 미니 내장을 만들면서 시작되었다. 이때 그는 '오가노이드'라는 이름을 붙였다. 이후 2013년 영국의 매들린 랭키스터 박사가 신경줄기세포로 인간의 뇌 오가노이드를 만들면서 오가노이드 연구가 급격히 발전하기 시작했다. 미국과 일본 등지에서도 오가노이드 연구가 활발하게 진행되어 심장, 위, 간, 신장, 췌장, 갑상선 등 11개 주요 신체 장기를 포함한 다양한 오가노이드가 개발되었다. 2013년에는 오가노이드 연구 성과가 The scientist 지에서 가장 진보된 과학적 성과로 선정되었고, 2017년에는 Nature에서 올해의 기술로 선정되기도 했다. 따라서 오가노이드 연구는 2009년부터 시작되어 최근 약 10년 동안 빠르게 발전해왔다고 할 수 있다.
3. 오가노이드 연구에 쓰이는 줄기세포
3.1. 줄기세포의 정의, 특징, 종류
줄기세포는 영어로 'stem cell'이며, 인간의 300여 종에 이르는 세포와 조직을 구성하는 데 근간이 되는 세포이다. 인체의 모든 기관과 몸체를 구성하는 것들은 모두 줄기세포에서 비롯된다.
줄기세포의 첫 번째 특징은 자신의 성질을 유지하면서도 계속 증식할 수 있는 능력, 즉 자가 재생능이 있다는 것이다. 두 번째 특징은 분화능이 있어서 하나의 줄기세포가 신경세포, 간세포, 심장세포 등 몸의 각 기관을 구성하는 세포로 분화할 수 있다는 것이다.
오가노이드 제조에 쓰이는 줄기세포는 크게 세 가지이다. 첫째, 정자와 난자를 체외 수정시킨 수정란에서 추출하는 배아줄기세포로서 이는 모든 조직으로 분화할 수 있다. 둘째, 골수와 제대혈 같은 곳에서 얻을 수 있는 성체 줄기세포로서 이는 특정한 조직으로만 분화할 수 있다. 셋째, 노벨상 수상자인 일본의 야마나카 신야 박사가 개발한 역분화 줄기세포이다. 역분화란 마치 시간을 거꾸로 돌리는 것처럼 성체에 있던 세포를 다시 배아 단계의 세포로 바꾸는 기술을 말한다. 이는 이미 분화가 끝난 체세포에 특정 유전자를 주입하는 것처럼 인위적인 자극을 가해 배아줄기세포처럼 인체의 모든 장기로 분화가 가능하게 만들어진 세포라고 해서 유도만능줄기세포(ipsc)라고도 불린다.
체세포가 배아줄기세포로 되돌아갈 수 있다는 사실은 1950년대 존 거든 교수에 의해 이미 알려졌다. 존 거든 교수는 개구리의 난자에 있는 핵을 제거하고 체...
참고 자료
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