[동축 세포 프린팅 기반 인간 사구체 모델 개발]

 

신장은 체내 대사 과정에서 생긴 노폐물 등 생체에 유독하고 불필요한 물질을 소변으로 배설함으로써 우리 몸의 항상성을 유지하는 기관이다. 하지만, 약물에 대한 독성을 가장 먼저 일으키는 기관이기도 한데, POSTECH 연구팀이 약물 반응을 미리 관찰할 수 있는 ‘인공신장’을 개발했다.

기계공학과 조동우 교수·장진아 교수 연구팀이 단일화된 가공 기법으로 사구체 혈관세포와 지족세포 층과 사구체기적막 층 등을 포함하는 사구체 미세혈관 칩을 제작했다. 이번 연구 성과는 세계적 권위를 가진 학술지, ‘바이오패브리케이션(Biofabrication)’에 게재됐다.

네프론은 신장을 구성하는 기능적·구조적 기본 단위이다. 네프론은 실타래처럼 동그랗게 뭉쳐진 작은 모세혈관 덩어리인 사구체로 둘러싸여 있는데, 사구체 주머니와 함께 신소체를 형성하며, 혈액 속의 노폐물을 걸러낸다. 많은 약물을 투약했을 때, 체내에서 가장 먼저 독성을 일으키는 부분이 바로 신장 네프론이다.

그로 인해 환자에게 투약 전에 미리 특정 약물 농도나 조합이 해당 환자에게 얼마만큼의 독성을 일으킬지 확인하기 위한 인공장기 개발이 시도되고 있다. 하지만, 사구체는 혈관내피세포뿐만 아니라 선택적으로 배출될 단백질을 조절하는 부분인데, 이 역할은 지족세포와 기저막 단백질 등의 여러 상호작용으로 되는 것이며 매우 미세 단위에서 일어나기 때문에 모사하기가 어렵다.

연구팀은 단일화된 가공 기법으로 사구체 혈관세포와 지족세포 층, 사구체기적막 층 등을 포함하는 사구체 미세혈관 칩을 제작하는 데 성공했다. 관류가 가능한 이 칩은 사구체 혈관내피층, 지족세포 외피층의 공배양이 가능하고, 사구체 세포의 성숙된 기능성 마커와 두 층간의 상호작용으로 체외 사구체 모사에 중요한 단백질이 생성되는 것 또한 확인했다. 또한, 칩에서 선택적 여과 기능을 측정함으로써 사구체 장벽의 대표적인 여과 기능을 확인했다. 한편, 연구팀은 사구체 미세혈관 칩을 통해 아드리아마이신과 고혈당 등에 따른 손상에 대해 반응도 평가했다.

조동우 교수는 “약물 스크리닝 산업과 임상에서 신독성 평가 테스팅에 무한한 잠재력을 가지고 있는 신장 사구체 단위를 모사하는 데 성공했다”며, “사구체 질환 모델링에 적용함으로써 약물 독성을 미리 확인하고, 개인 맞춤 치료법에도 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.

한편, 이 연구는 범부처재생의료기술개발사업, 알키미스트사업의 지원으로 수행됐다.