숙주 연구를 위한 COPD 오가노이드 확립

Nature Communications 13권, 기사 번호: 7635(2022) 이 기사 인용

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만성폐쇄성폐질환(COPD)은 기류 제한과 감염성 악화를 특징으로 하지만, 개인 수준에서 숙주-병원체 상호작용을 연구하기 위한 시험관 내 모델 시스템이 부족합니다. 여기에서는 건강한 개인과 개인 수준에서 질병을 요약하는 COPD의 비인두 및 기관지 오가노이드의 확립에 대해 설명합니다. 건강한 오가노이드와 대조적으로, COPD 오가노이드에서는 잔세포 증식과 섬모 박동 빈도 감소가 관찰되었으며, 이는 이 질병의 특징입니다. 단일 세포 전사체학은 COPD 오가노이드에서 변경된 세포 분화 궤적에 대한 증거를 발견했습니다. COPD 오가노이드의 SARS-CoV-2 감염은 중증 코로나19의 주요 감염 부위인 기관지에서 더 생산적인 복제를 보여주었습니다. 오가노이드의 바이러스 및 박테리아 노출은 COPD 오가노이드에서 더 큰 염증 유발 반응을 유도했습니다. 요약하면, 우리는 개인 수준에서 생체 내 생리학적 폐 미세 환경을 요약하고 숙주-병원체 상호 작용 및 신흥 전염병에 대한 연구에 적합한 오가노이드 모델을 제시합니다.

만성폐쇄성폐질환(COPD)은 전체적으로 높은 이환율과 사망률을 보이는 만성 염증성 호흡기 질환입니다1. 이는 점진적인 비가역적 기류 제한, 이질적인 내인형 및 개별 환자 간의 질병 궤적의 차이가 특징입니다2,3. 환자들은 지속적이고 진행성인 호흡기 증상, 폐 기능 손상, 구조적 폐 이상 및 악화로 고통받습니다4. COPD 환자는 또한 임상 결과가 좋지 않고 사망률이 높은 심혈관 질환과 같은 동반 질환 발병률이 더 높다는 것을 보여줍니다5. 이제 개별 환자 간의 COPD의 복잡성과 이질성이 널리 인식됨에 따라, 개인 수준에서 질병을 재현하는 적합한 실험 모델이 부족하기 때문에 세포 기반 연구는 여전히 매우 어려운 과제로 남아 있습니다6,7. 생쥐, 기니피그 및 토끼를 포함한 소형 동물 모델은 모두 COPD를 연구하는 데 사용되었지만 인간 질병의 유전학 및 후생유전학을 요약할 수 없으며 COPD를 유도해야 하며 일단 확립되면 관찰된 내인성형의 전체 임상 스펙트럼을 반드시 모방하지는 않습니다. 개별 환자8,9. 따라서 이러한 한계를 극복하고 개인차를 설명하는 차세대 세포 모델을 확립하는 것은 COPD의 개인 수준에서 감염 및 치료 반응을 뒷받침하는 분자 메커니즘을 더 잘 이해하고 벤치 기반 정밀 의학의 적용을 허용하는 데 중요합니다.

이러한 맞춤형 연구를 촉진하려면 개인 수준에서 COPD의 기도 미세환경을 재현하는 쉽게 접근할 수 있는 시험관 내 모델을 개발하는 것이 가장 중요합니다. 현재까지 COPD에서 숙주-병원체 상호작용 연구에 적합한 실험 모델이 부족한 상태로 남아 있습니다. 지난 10년 동안 3차원 구조 내에서 다양한 세포 유형을 통합하는 줄기세포 유래 오가노이드 생성이 크게 발전했습니다. 오가노이드는 해당 기관의 조직별 기능적 특성을 요약하고 숙주-병원체 상호 작용에 대한 연구를 촉진하는 실험실 도구를 나타냅니다. 해당 해부학적 영역의 상피 조직을 재현하는 인간 폐 오가노이드 모델은 성인 또는 다능성 줄기 세포를 출발 물질로 사용하여 비강11,12, 기관지13 및 폐포 조직14,15에서 성공적으로 생성되었습니다. 폐 오가노이드는 폐암13,19 및 낭포성 섬유증13을 연구하고 호흡기 세포융합 바이러스(RSV)13, 장내 바이러스20, 크립토스포리듐21, 인플루엔자22,23 및 최근 중증 급성 호흡기 증후군 코로나바이러스 2(SARS-CoV-2)를 포함한 감염을 평가하는 데 사용되었습니다. 24,25,26. 임상 및 역학 데이터에 따르면 COPD는 구동 메커니즘이 부족함에도 불구하고 입원 및 사망 위험이 더 높은 등 심각한 COVID-19 결과와 관련이 있는 것으로 나타났습니다27,28,29,30,31,32,33,34.