생체환경을 모방한 '장기칩((臟器칩, Organ on a Chip)'을 이용해 약물 전달 효율을 크게 높일 수 있는 획기적인 방법이 국내 연구진에 의해 발견됐다.
아직은 랩(실험실) 단계지만 장차 이 기술이 상용화되면 기존 동물실험의 대체는 물론, 암치료제 등 표적 약물의 전달 효과를 극대화하는 데 크게 기여할 것으로 기대된다.
울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과 박태은‧권태준 교수 연구팀은 쥐의 생체 세포를 배양해 혈액-뇌 장벽(Blood-brain barrier, BBB)을 재현한 장기칩이 치료 약물의 투과율을 크게 높일 수 있음을 입증했다고 17일 밝혔다.
연구팀은 각종 장기의 생리적 특징을 더 정확하게 나타내는 세포 기반 파지 디스플레이(phage display) 스크리닝 방법을 활용해 약물전달 효과를 극대화할 수 있음을 확인했다.
손가락 두 마디 크기의 조그마한 장기칩으로 혈액-뇌 장벽(BBB)을 모사한 결과, 기존의 트랜스웰(Transwell) 모델보다 훨씬 뛰어난 뇌혈관 투과 효율을 낼 수 있음을 검증했다는 것이다.
연구팀은 장기칩 내부의 혈액이 혈관 벽을 따라 이동할 때 마찰력과 유사한 전단 응력이 발생, 이 덕분에 혈관 표면에 있는 당질층(Glycocalyx)의 구조와 기능이 정확하게 재현됐다고 설명했다.
연구팀은 이 장기칩을 활용해 생체환경을 효과적으로 모사함으로써 유효한 약물 전달 펩타이드(단백질)를 발견하는 데 성공했다. 굳이 동물실험을 거치지 않고도 사람의 장기를 그대로 모방한 획기적인 약물 전달체 개발 가능성이 커졌다는 의미다.
공동1저자인 UNIST 김경하 연구원은 “장기칩 기술이 인간의 생체 조직도를 정확히 모델링할 가능성이 높음을 입증했다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 약물 전달 시스템(DDS) 연구에 새로운 가능성을 열 것으로 기대된다”고 강조했다.
DDS란 Drug Delivery System의 머릿글자로 약물의 방출 속도를 조절하거나 약물을 목표 부위에 효율적으로 전달하는 방법을 말한다. 의약품의 인체 부작용을 최소화하고 효능과 효과를 극대화하는 기술로 전세계적으로 각광받고 있다.
연구팀은 이번에 고안한 장기칩 기술이 기존에 널리 활용되고 있는 동물시험을 대체해 간, 신장, 폐, 심장 등 다양한 인체 장기에 특화된 표적 치료제 개발에 크게 기여할 것으로 확신하고 있다.
UNIST연구팀의 또다른 공동1저자인 최정원 연구원은 “장기칩 기술이 생체 환경을 정밀하게 모방해 표적 기능을 가진 약물 전달체를 발견하는 데 강력한 도구로 활용될 것"이라고 말했다.
이번 연구는 치매극복연구개발사업과 한국연구재단 우수신진지원사업, 중견연구자지원사업, 대학중점연구소지원사업, UNIST 미래선도형 특성화사업의 지원을 받아 진행됐다.
연구 성과는 국제 학술지 ‘ACS NANO’에 지난 5월 22일자로 게재됐다. 이 학술지는 미국화학협회에서 2007년 8월부터 발행하고 있는 나노기술 과학저널이다.
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