"사람 뇌 모사한 혈관-뇌 장벽 칩 개발"
"사람 뇌 모사한 혈관-뇌 장벽 칩 개발"
입체적인 장기 칩 형태로 혈관-뇌 장벽 모사 성공 

뇌종양 연구 및 치료제 발굴에 활용될 것으로 기대 
  • 박민주
  • admin@hkn24.com
  • 승인 2021.12.01 12:00
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(왼쪽부터) 한국과학기술연구원 김홍남・최낙원 박사, 서울대학교 이강원 교수
(왼쪽부터) 한국과학기술연구원 김홍남・최낙원 박사, 서울대학교 이강원 교수

[헬스코리아뉴스 / 박민주] 사람의 뇌를 모사한 혈관-뇌 장벽 칩이 개발돼 주목된다. 혈관-뇌 장벽은 뇌로 이물질이 침입하는 것을 막는 기능을 한다. 개발된 혈관-뇌 장벽 칩은 뇌종양 연구와 치료제 발굴, 효능 검사 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원 김홍남・최낙원 박사, 서울대학교 이강원 교수 공동 연구팀은 건국대학교 나승열 교수와 협력으로 혈관-뇌 장벽을 모사한 체외 플랫폼을 선보였다. 입체적인 장기 칩 형태로 혈관-뇌 장벽을 모사한 것이다. 장기 칩이란 특정 장기를 구성하는 세포를 플라스틱, 고무 등으로 제작된 칩 상에 배양, 해당 장기의 특성과 기능을 모방하는 기술을 말한다. 

연구팀은 혈관-뇌 장벽을 구성하는 3종 세포(뇌혈관 세포, 성상교세포, 혈관주위세포)를 하이드로겔 기반으로 공배양해 실제와 유사한 혈관-뇌 장벽을 칩 상에 구현했다. 여기에 3차원 형태의 뇌 암세포를 함께 배양, 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.

나아가 연구팀은 혈관-뇌 장벽을 개방시키는 약물인 진토닌과 만니톨을 이용해 일시적으로 혈관-뇌 장벽을 개방시켰을때, 혈관-뇌 장벽 비투과성 항암제의 전달 효과가 증대되는 것을 확인, 모델의 검증에도 성공했다.

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 것"이라며 "환자 유래의 세포를 이용하여 환자 개인별로 약물 반응을 예측하고 약물 조합군을 찾아내는 개인맞춤의학(personalized medicine)에도 응용될 수 있을 것"이라고 전망했다. 

연구팀은 "이번 연구에서는 뇌 암 세포주를 이용했지만, 추후 정상인 및 환자에서 확보한 세포를 이용한다면 장기 맞춤형 특징을 모사한 모델로도 이용할 수 있을 것"이라고 기대감을 표했다.

연구 결과는 기능성 재료 분야 국제학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'(Advanced functional materials)에 지난 달 5일 온라인 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 등의 지원으로 수행됐다. 

혈관-뇌 장벽은 뇌 기능에 필수적인 물질만 출입을 허용하기 때문에 뇌질환 치료제의 투과도 까다로운 것으로 알려져 있다. 때문에 치료제 후보물질들의 혈관-뇌 장벽 투과능 및 치료 효과를 검증하기 위해 혈관-뇌 장벽 등을 모사한 플랫폼이 필요한 상황이었다.

 

혈관-뇌 장벽 칩 개발 및 기능성 검증혈관-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
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.
[그림 설명 및 제공=한국과학기술연구원, 서울대학교 서수영 학생연구자]
뇌종양 모델 개발 및 혈관-뇌 장벽 개방 물질을 이용한 약물 전달개발된 혈관-뇌 장벽 모델에 스페로이드 형태의 뇌 암세포를 추가 배양하는 형태로 3차원 뇌종양 모델이 개발되었으며, 공배양 환경에서 뇌 암세포의 침윤 특성과 약물 저항성이 큰 것으로 나타났다. 만니톨과 진토닌을 이용하여 혈관-뇌 장벽을 일시적으로 개방하였을 때 혈관-뇌 장벽 비투과성 항암제인 독소루비신의 전달 효과가 증대되는 것으로 나타났다.  그림설명 및 그림제공: 한국과학기술연구원, 서울대학교 서수영 학생연구자
뇌종양 모델 개발 및 혈관-뇌 장벽 개방 물질을 이용한 약물 전달
개발된 혈관-뇌 장벽 모델에 스페로이드 형태의 뇌 암세포를 추가 배양하는 형태로 3차원 뇌종양 모델이 개발되었으며, 공배양 환경에서 뇌 암세포의 침윤 특성과 약물 저항성이 큰 것으로 나타났다. 만니톨과 진토닌을 이용하여 혈관-뇌 장벽을 일시적으로 개방하였을 때 혈관-뇌 장벽 비투과성 항암제인 독소루비신의 전달 효과가 증대되는 것으로 나타났다.
[그림설명 및 제공=한국과학기술연구원, 서울대학교 서수영 학생연구자]

 


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