생명공학 피부 오가노이드: 개발부터 응용까지

군사 의학 연구 10권, 기사 번호: 40(2023) 이 기사 인용

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최근 몇 년 동안 고도로 정교한 피부 오가노이드 개발에 상당한 발전이 이루어졌습니다. 인간 피부를 모방한 3차원 모델 역할을 하는 이러한 오가노이드는 복잡한 구조로 진화했으며 2차원 시스템의 한계와 윤리적 문제를 극복할 수 있는 능력으로 인해 전통 문화 모델과 인간 피부에 대한 효과적인 대안으로 점점 더 인식되고 있습니다. 피부 오가노이드의 고유한 가소성은 생리학적 및 병리학적 모델로 구성할 수 있어 피부 발달과 동적 변화에 대한 연구를 가능하게 합니다. 이 리뷰는 3D 층 표피에서 부속기가 있는 낭종 같은 피부 오가노이드로 진행되는 중추적인 작업에 대한 개요를 제공합니다. 또한, 3D 프린팅 및 미세유체 장치와 같은 최첨단 엔지니어링 기술을 통해 촉진된 오가노이드 구성의 최신 발전을 강조합니다. 또한 이 리뷰에서는 발달 생물학, 질병 모델링, 재생 의학 및 맞춤 의학에서 피부 오가노이드의 다양한 응용을 요약하고 논의하면서 전망과 한계를 고려합니다.

신체의 가장 큰 기관인 피부는 보호, 감각, 체온 조절 등 다양한 기능을 수행합니다. 이는 막으로 둘러싸인 표피, 진피, 피하층의 3개 층으로 구성됩니다. 표피는 환경 요인에 견딜 수 있는 각질층을 생성하는 밀접하게 상호 연결된 각질 세포로 구성됩니다. 진피는 기계 수용체, 감각 신경, 혈관, 땀샘, 모낭뿐만 아니라 풍부한 세포외 기질과 섬유아세포를 수용하는 복잡한 구조입니다. 피하에는 에너지와 성장 인자를 저장하는 피하 지방 조직이 포함되어 있습니다 [1, 2]. 피부에는 또한 표피의 랑게르한스 세포, 선천적 면역 체계의 일부인 진피의 수지상 세포, 감염 저항 시 모집되는 말초 백혈구 등 강력한 면역 체계가 있습니다 [3].

오가노이드의 개념은 관련 분야의 발전과 함께 발전해 왔습니다. 광범위하게 말하면, 오가노이드는 다능성 줄기 세포, 태아 줄기 세포 또는 성체 줄기 세포에서 파생된 3차원(3D) 배양물입니다. 더 넓은 의미에서 오가노이드는 인체 장기나 조직의 특정 특징을 모방할 수 있는 3D 세포 배양을 의미합니다. 우리의 검토에서 이 더 넓은 정의는 "세포 회전타원체 또는 집합체", "재구성된 3D 피부" 및 "생명공학 피부 구조"의 개념을 포괄합니다. 이 리뷰에서 논의된 피부 오가노이드는 다양한 세포 유형으로 구성되고 피부 대용물로서 형태학적, 기능적 역량을 나타내는 시험관 내 3D 조직 구조입니다.

체외 대체물로서 피부 배양 시스템에 대한 아이디어는 1975년에 처음 제안되었습니다. Rheinwatd et al. [4]는 일차 인간 각막세포와 조사된 마우스 섬유아세포의 연속적인 공동 배양을 포함하는 편평 상피 생성을 위한 자가 조직 전략 개발의 선구자였습니다. 이 획기적인 발전은 자가 조직화된 피부 조직의 시험관 배양을 위한 길을 열었습니다. 1989년에 각질세포의 안정적인 정착과 확장을 보장하기 위해 섬유아세포 공급 전략이 도입되었습니다[5]. 그 후, 배아 줄기 세포(ESC)와 유도 만능 줄기 세포(iPSC)는 시험관 내 피부 조직 형성을 연구하기 위한 강력하고 효율적인 도구로 연속적으로 활용되었습니다. 2000년대 후반과 2010년대 초반에 ESC 및 iPSC에서 파생된 3D 자가 조직 층상 표피 등가물이 개발되었으며 이는 피부 오가노이드 분야에서 중요한 이정표를 나타냅니다[6,7,8,9,10]. 이는 피부 오가노이드를 시험관 내 피부 배양을 위한 강력한 도구로 확립하는 중요한 돌파구가 되었습니다. 2020년에는 Lee et al. [11]은 iPSC와 차별화된 거의 완전한 시험관 내 자가 조직 피부 시스템의 구성을 보고했으며, 이는 모낭을 포함한 많은 부속 기관 구조를 요약하는 계층적 피부 오가노이드를 형성합니다. 거의 동시에, 재프로그램된 상피 조직 세포에서 유래된 피지선 또는 땀샘을 포함하는 오가노이드가 개발되어 부속기관이 성숙한 피부 생성 시스템에 통합되었음을 입증했습니다[12, 13](그림 1a).