울산과학기술원(이하 UNIST) 연구팀이 약물치료 효과를 극대화할 수 있는 ‘장기칩(Organ on a Chip)’ 기술에 대한 연구 성과를 17일(월) 발표했다.
UNIST 바이오메디컬공학과 박태은 교수와 권태준 교수 연구팀은 약물치료 효과를 극대화하기 위해서는 장기와 혈관의 생체환경에 최적화된 약물 전달 기술이 필요하다는 점에 착안해 이번 연구를 진행했다.
우리 뇌에 있는 혈액-뇌 장벽(Blood-brain barrier)은 높은 ‘선택적 투과성’을 바탕으로, 뇌로 이물질이 침입하지 못하도록 막는 역할을 한다. 산소, 포도당과 같이 뇌가 필요로 하는 것들은 정상적으로 통과하지만, 그 외의 물질은 혈관을 둘러싼 내피세포에 의해 막아지는 것이다.
이러한 시스템은 세균과 같은 병원체, 또는 잠재적 위험물질로부터 뇌세포를 보호할 수 있다는 장점이 있지만, 이상이 발생했을 때 이를 치료하기 위해 투여하는 약물의 유입까지 막는다는 단점도 있어, 이를 통과할 수 있는 여러 방안들이 연구&개발돼 왔다.
기존까지는 세포 단위의 연구를 진행할 때 전통적인 세포 기반 모델은 ‘트랜스웰(transwell) 모델’이다. 이는 다공성 막으로 세포 장벽을 구현해 세포들이 이동하는 것을 볼 수 있었지만, 실제 특정 장기 혈관과 혈류가 갖는 고유한 특징을 정확히 재현하지 못한다는 어려움을 겪고 있었다.
이에 UNIST 연구팀은 쥐의 생체 세포를 배양해 혈액-뇌 장벽을 재현한 장기칩을 만들었다. 기판 위에 실제 인체 유래 세포를 배양해 특정 장기를 모방하는 기술이다. 또한, 연구를 진행해 이 장기칩이 치료용 약물을 더 잘 투과시킨다는 것을 입증했다.
이번 연구에는 장기의 생리적 특징을 보다 정확하게 나타내는 ‘세포 기반 파지 디스플레이(Phage display) 스크리닝’ 방법이 이용됐다. 세포 기반 파지 디스플레이 스크리닝은 특정 장기의 혈관에 표적이 되는 새로운 펩타이드 셔틀을 발견하기 위해 사용되는 방법으로, 선택적으로 약물을 전달하는 데 활용이 가능하다.
UNIST 연구팀은 이와 같은 배경에 착안해, ‘장기칩’을 활용하는 접근법이 충분히 신뢰할 수 있고 효율적인 방법임을 입증하고자 하는 목적으로 연구를 진행했다. 그 결과 기존 트랜스웰 모델에 비해 뇌혈관 투과 효율이 더 높게 나타났다고 밝혔다. 손가락 두 마디 크기의 장기칩을 통해 혈액-뇌 장벽의 구조와 기능을 재현했으며, 특정 혈관을 표적으로 하는 약물을 전달할 수 있는 선별 펩타이드를 발견하는 데도 성공했다.
UNIST 연구팀은 이와 같은 장기칩 기술이 향후 간, 신장, 폐와 같은 다양한 장기에 특화된 표적 치료제를 개발하는 데도 기여할 거라고 내다봤다. 이번 연구 결과는 국제 학술지인 「ACS Nano」에 지난달 22일 게재된 바 있다.
