[사이언스] 인간 뇌 모사한 혈관-뇌 장벽 칩 개발... 뇌종양 치료제 개발 및 효능 검사 기대

특허뉴스 선우정 기자 | 기사입력 2021/12/01 [17:50]

[사이언스] 인간 뇌 모사한 혈관-뇌 장벽 칩 개발... 뇌종양 치료제 개발 및 효능 검사 기대

특허뉴스 선우정 기자 | 입력 : 2021/12/01 [17:50]

 

▲ 혈관-뇌 장벽 칩 개발 및 기능성 검증 / 혈관-뇌 장벽을 구성하는 주요 세포들을 3차원 하이드로겔 내에 공배양하는 형태로 실제 혈관-뇌 장벽을 모사하였으며, 형성된 뇌혈관을 중심으로 혈관주위세포와 성상교세포가 접촉점을 이루며 상호작용하는 것이 관찰되었다. 공배양 환경에서 실제 혈관의 투과도(약 10-7 cm/s)와 비슷한 정도의 낮은 투과도 값(약 10-8 cm/s)이 측정되었으며, 이를 통해 혈관-뇌 장벽의 구조적 기능적 모사가 성공적으로 이루어졌음을 확인하였다.(그림설명 및 그림제공 : 한국과학기술연구원, 서울대학교 서수영 학생연구자)  © 특허뉴스

 

 

뇌로 이물질이 침입하는 것을 막는 혈관-뇌 장벽(blood-brain barrier).

뇌 기능에 필수적인 물질만 출입을 허용하기에 뇌질환 치료제의 투과도 까다롭다. 때문에 치료제 후보물질들의 혈관-뇌 장벽 투과능 및 치료 효과를 검증하기 위해 혈관-뇌 장벽 등을 모사한 플랫폼이 필요한 실정이었다.

 

이러한 가운데, 동물모델이나 배양접시 바닥에 평면형태로 형성된 세포배양 모델이 아닌 입체적인 장기 칩 형태로 혈관-뇌 장벽을 모사한 연구결과가 소개되었다.

참고로, 장기 칩(organ on a chip)은 특정 장기를 구성하는 세포를 플라스틱, 고무 등으로 제작된 칩 상에 배양하여 해당 장기의 특성과 기능을 모방하는 기술이다.

 

한국연구재단은 한국과학기술연구원 김홍남, 최낙원 박사, 서울대학교 이강원 교수 공동 연구팀이 건국대학교 나승열 교수와 협력하여 혈관-뇌 장벽을 모사한 체외 플랫폼을 선보였다고 1일 밝혔다.

 

연구팀은 혈관-뇌 장벽을 구성하는 3종 세포(뇌혈관 세포, 성상교세포, 혈관주위세포)를 하이드로겔 기반으로 공배양하여 실제와 유사한 혈관-뇌 장벽을 칩 상에 구현하고, 여기에 3차원 형태의 뇌 암세포를 함께 배양하여 실제와 유사한 암 미세환경이 모사된 뇌종양 모델을 구현했다.

 

이를 통해 이들 3종 세포가 존재할 경우 뇌 암세포가 주변 조직으로 침윤하는 특성과 항암제에 대한 약물 저항성이 커지는 것을 알아냈다.

혈관-뇌 장벽을 개방시키는 약물, 진토닌과 만니톨을 이용하여 일시적으로 혈관-뇌 장벽을 개방시켰을 때, 혈관-뇌 장벽 비투과성 항암제의 전달 효과가 증대되는 것을 통해 이 모델을 검증했다.

 

김홍남 박사는 사람과 상이한 약물반응을 보일 수 있는 동물모델이나 실제 암 미세환경을 모사하기 어려운 암세포 단독 세포배양 모델보다 높은 신뢰도로 약물의 반응결과를 얻을 수 있을 것이라며환자 유래의 세포를 이용하여 환자 개인별로 약물 반응을 예측하고 약물 조합군을 찾아내는 개인맞춤의학(personalized medicine)에도 응용될 수 있을 것이라고 내다봤다.

 

한편 연구팀은 이번 연구에서 뇌 암 세포주를 이용했지만 추후 정상인 및 환자에서 확보한 세포를 이용해 장기 맞춤형 특징을 모사한 모델로도 이용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 

이번 연구의 성과는 기능성 재료 분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced functional materials)115일 온라인 게재되었다.

 

앞으로 혈관-뇌 장벽 칩을 이용한 뇌종양 연구와 치료제 발굴, 효능 검사 등을 위한 실마리가 될 것으로 기대된다

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