곧 없어지는 급성염증과 달리, 지속해 발생하는 미세염증이 만성염증이다. 과도한 면역반응을 유도해다양한 질병의 원인이 된다. 우리 연구진이 생체모사 장기칩으로 이런 만성염증 환자 염증 분석, 치료제 효능 평가에 유용한 기술을 개발했다.
한국화학연구원(원장 이영국)은 이성균·김홍기 박사팀이 새로운 생체모사 장기칩을 선보였다고 15일 밝혔다.
장기칩은 인체 유래 세포들을 미세 유체칩의 3차원 환경에서 함께 배양해 인체 장기를 따라할 수 있게 만드는 체외 플랫폼이다.
이 장기칩은 인체 선천성 면역세포 중 하나인 호중구가 혈관벽을 뚫고 염증 부위로 이동하는 화학주성 현상을 자세히 관찰할 수 있다.
개발 생체모사 장기칩을 활용하면 호중구 이동 정도를 확인해 환자 염증 수준 분석이 가능하고, 동물실험을 대체해 만성염증 치료제 효능 평가 결과를 얻을 수 있다. 신약 개발 연구에 도움이 될 전망이다.
장기칩 기술은 동전 크기 칩 안에서 3차원 구조로 다양한 인체 유래 세포를 함께 배양해 복잡한 인체 장기와 조직을 모사할 수 있어, 동물실험을 대체할 수 있는 유망기술이다.
이번 연구에 사용된 장기칩은 반도체 공정없이 3D 프린팅으로 새롭게 설계·제작됐다. 칩 일부 구획을 의미하는 채널과 채널 사이에 물리 구조가 없어 세포 이동을 관찰하기에 용이하다.
하나의 칩에서 대조군과 실험군을 동시에 실험할 수 있어 약물 비교 평가에 적합하다.
연구팀은 이런 장점을 바탕으로 개발된 염증 모사 장기칩에 만성염증성 질환 환자의 혈장을 주입해 호중구 이동을 민감하게 확인할 수 있었다.
기존 연구가 주로 상용 장기칩을 이용해 호중구의 이동을 유도하거나 이를 관찰하는 수준에 머물렀다면, 이번 연구는 이번에 개발한 장기칩에 만성 폐쇄성 폐질환 환자의 혈장을 사용해 호중구 이동을 직접 관찰할 수 있었다.
이에 따라 호중구 이동 수량과 거리를 정교하게 비교하고 염증 수준을 확인할 수 있어, 환자 염증 수준 분석 시 매우 효과적이다.
특히 글로벌 제약사에서 개발하던 임상 약물과 효과가 알려지지 않은 비임상 약물을 동시에 염증 모사 장기칩에서 평가한 결과 임상 약물이 더 효과가 좋다는 점을 확인했고, 실제 보고된 임상 효능과 유사한 결과를 확인할 수 있었다.
이번 기술 개발로, 관련 기업과의 적극적인 협업을 통해 인체 질환 모사 장기칩 기술과 이를 이용한 약물성 평가 관련 핵심기술을 선점하고 실용화 가능성을 높일 것으로 전망된다.
이영국 원장은 “실험동물로 대체하기 어려운 인체 질환 모사를 통해 이번에 개발한 기술을 기초 의생명과학에 활용할 뿐만 아니라, 후속 연구로 더욱 발전시켜 신약 개발에 폭넓게 활용될 수 있기를 기대한다”고 말했다.
이번 연구결과는 과학기술 분야 국제학술지 '어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈' 2023년 12월호 표지논문으로 게재됐다.
이번 연구는 화학연 기본사업, 과학기술정보통신부 우수신진연구자 사업, 보건복지부 감염병 예방·치료 기술개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
