서울대병원은 22일 의공학과 허동은 교수팀과 하버드 연구팀이 공동으로 폐포의 구조와 기능을 완벽하게 재현하는 장기모사 시스템을 이용해 중증 폐질환을 시뮬레이션할 수 있는 마이크로칩을 개발했다고 밝혔다.
이 칩을 통해 항암치료의 심각한 합병증으로 알려진 폐부종의 원인을 처음으로 알아냈으며 현재 개발 중인 신약이 치료에 효과적인 것을 증명했다.
그동안 신약 개발을 위해서는 임상실험의 전 단계에서 세포배양실험이나 동물실험을 했으나 많은 비용과 시간이 소요되고 복잡한 인체 환경을 정확히 모사하지 못하는 한계가 있었다.
폐포는 허파로 들어간 기관지의 끝에 포도송이처럼 달려 있는 작은 공기주머니로 이산화탄소가 혈액에서 나오고 산소가 혈액으로 들어가는 장소이다.
폐부종은 폐와 연결된 혈관내벽조직이 손상돼 체액이 폐포로 들어가 심각한 호흡곤란을 일으키는 질환으로 피부암이나 신장암에 쓰이는 항암제의 부작용으로 빈번히 나타난다.
연구팀은 폐포의 기능을 재현하기 위해 투명 플라스틱 칩 내부에 두개의 미세 세포배양공간을 형성해 위쪽에는 폐포 세포를, 아래쪽에는 모세혈관 세포를 각각 배양하 두 세포 사이에 물질 이동이 가능한 분리막을 만들었다.
또 분리막 양쪽에는 주기적으로 진공상태를 만들어 칩 전체가 수축 운동을 하도록해 우리 몸이 호흡할 때 팽창과 수축을 반복하는 폐포의 모습을 동일하게 구현했다.
허 교수는 "이 칩을 통해 항암제에 의한 폐부종 발생과정을 완벽하게 재현함으로써 폐포의 수축이완 작용이 부종을 더욱 악화시킨다는 것을 세계 최초로 밝혀냈다"고 설명했다.
또 그는 "이번 연구의 결과는 마이크로 기술을 기반으로 개발 중인 장기모사시스템들이 난치성 질병발생과정의 메커니즘을 규명하는 기초의학연구나 신약 및 치료법 개발에 유용하게 쓰일 수 있다는 가능성을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다"고 말했다.
현재 장기칩 기술은 의학계와 의료업계에 새로운 대안을 제시할 수 있는 연구 분야로 최근 미국 국방성, 국립보건원, FDA 등의 핵심 정부기관에 의해 향후 5년 내에 의학계가 해결해야 할 가장 중요한 과제 중에 하나로 선정돼 막대한 정부지원이 뒤따르는 차세대 융합연구의 중점분야로 부상하고 있다.
한편 이번 연구결과는 사이언스(Science)의 자매지인 사이언스 트래디셔널 메디슨(Science Translational Medicine) 11월호에 커버 논문으로 선정됐다.
허은경기자 hek@newsishealth.com
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