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포항공과대학교 기계공학과

학과소식

 

기계 조동우 교수팀, 당뇨 치료제 및 합병증 연구를 위한 다중 장기 칩 개발

작성자 김태영 날짜 2023-04-11 08:10:29 조회수 202

[POSTECH·가톨릭대학교 은평성모병원 공동연구팀, 당뇨 치료제 및 합병증 연구를 위한 다중 장기 칩 개발]

당뇨는 말 그대로 ‘소변에 포도당이 많이 배출되는 질환’으로 췌장에서 분비되는 혈당 조절 호르몬 ‘인슐린’의 이상으로 발생한다. 당뇨는 그 자체로도 위험하지만 다양한 합병증을 유발하기 때문에 더 무서운 질병이다. 당뇨는 크게 1형 당뇨와 2형 당뇨로 나눌 수 있다. 1형 당뇨는 인슐린을 분비하는 세포에 이상이 생겨 인슐린이 분비되지 않는 상태이며, 2형 당뇨는 식습관, 운동 부족 등 잘못된 생활 습관으로 인해 인슐린의 분비가 감소하는 상태이다.

대한당뇨병연합에 의하면 2021년 기준 국내 당뇨병 인구는 약 470만 명이며, 이 중 90퍼센트 이상이 2형 당뇨 환자인 것으로 나타났다. 세계보건기구(WHO)와 국제당뇨연맹은 2025년 당뇨 인구가 3억 명에 육박할 것으로 예상한다. 당뇨는 우리나라뿐 아니라 전 세계적인 문제이며, 여러 나라에서 당뇨 치료제 개발을 위한 활발한 연구가 진행되고 있다.

기계공학과 조동우 교수 · 박주영 박사 · 통합과정 김정주 씨, 가톨릭대학교 은평성모병원 안과 원재연 교수님 공동연구팀은 최근 3D 세포 프린팅을 활용한 다중 장기 칩을 제작하여 2형 당뇨의 병리 환경을 거의 동일하게 재현하는 데 성공했다. 이번 연구는 재료와 소재 분야에서 영향력 있는 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈 (Advanced Functional Materials)’에 게재됐다.

연구팀은 당뇨와 그 합병증에 대한 메커니즘을 재현하기 위해 먼저 2형 당뇨와 밀접한 관련이 있는 췌장과 지방, 간 각각의 바이오잉크*1를 개발했다. 바이오잉크에 각 장기 유래 세포를 담아 3D 세포 프린팅 기술로 당뇨의 병리학적 특성을 재현하는데 가장 적합한 배열을 가진 다중 장기 칩을 만들었다.

연구팀은 이 칩을 이용하여 여러 지방 조직과 2형 당뇨와의 연관성을 실험했다. 그 결과, 내장지방에서 유래한 바이오잉크를 사용했을 때 2형 당뇨와 내장지방의 연관성이 가장 명확하게 드러남을 확인했다. 피하지방보다는 내장지방이 당뇨병과 더 밀접한 연관성이 있다는 것이다. 또, 칩에 망막 구획을 추가했을 때, 망막 세포의 기능 저하가 발생하였다. 이는 해당 칩이 당뇨 합병증 연구에도 응용할 수 있다는 것을 보여준 것이다.

연구팀이 개발한 칩을 이용하면 현재 개발 중인 당뇨 치료제의 효과도 검증할 수 있다. 실제 임상실험 중인 당뇨 치료제의 효능이 다중 장기 칩 위에서도 동일하게 나타났는데, 이는 머지않아 칩을 이용한 연구가 동물실험과 임상실험을 대체할 수 있음을 보여준 것이다.

한편, 이 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 신진연구자지원사업의 지원 지원으로 수행됐다.

1. 바이오잉크(Bio-ink)
바이오프린팅의 원료이자 바이오프린터로 분사하는 재료

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