생체 조직칩으로 '신장 섬유화' 치료약 평가한다

동물실험 대체 약물 유효성 평가 연구모델로 주목

[서울=뉴시스]김세중 분당서울대병원 신장내과 교수. (사진= 분당서울대병원 제공) 2021.11.30

[서울=뉴시스] 백영미 기자 = 국내 의료진이 3차원(D) 생체 조직칩을 이용해 콩팥이 딱딱해지는 '신장 섬유화' 치료약의 유효성을 평가할 수 있는 새로운 실험모델을 구축했다.

분당서울대병원 신장내과 김세중 교수·서울대학교 기계공학부 전누리 교수 연구팀은 기존 신장 섬유화 치료 약물을 연구하기 위해 만들어진 실험 모델들의 단점을 보완하고, 보다 정확하게 약물의 유효성을 평가하기 위한 새로운 모델을 개발했다고 30일 밝혔다.

연구에 사용된 기술은 반도체 공정을 활용해 3차원 생체 조직칩 위에 인체 장기 세포를 배양하는 것이 특징이다. 생리적 세포반응을 재현할 수 있을 뿐 아니라 해당 장기의 기능과 특성까지 모방할 수 있다.

연구팀은 생체 조직칩 기술을 이용해 3차원으로 근위세관 세포·혈관내피 세포·섬유화 세포 등 세 가지 세포를 세뇨관·혈관·섬유아세포 구획별로 배양했다. 이후 TGF-beta 자극을 주어 섬유화에 중요한 역할을 하는 섬유아세포 활성을 유도했고, 치료 효과를 평가하기 위해 섬유화의 치료제 역할을 하는 TGF-beta 억제제를 투여했다.

TGF-beta 물질은 세포의 성장과 상처의 복원과 관련이 있고 신장 섬유화에도 일부 관여하는 것으로 알려져 있다. 이번에 개발된 섬유화 조직칩에 TGF-beta를 투여해 섬유아세포의 활성을 유도했고, 활성화된 섬유아세포를 통해 다양한 섬유화 물질이 분비돼 실제 인체의 섬유화 과정과 유사한 환경을 조성했다. 이런 자극은 혈관 구조에 교란을 일으켜 신생 혈관의 형성이 증가하고, 세뇨관 구획의 섬유화 지표가 증가한 것으로 나타났다. 섬유화 과정은 TGF-beta 억제제를 투여해 막을 수 있었다.

김 교수는 “신장 섬유화 신약 후보물질의 유효성을 보다 정확하게 예측, 평가할 수 있는 플랫폼을 제시하게 됐다”며 “신장 뿐 아니라 다른 장기의 섬유화 모델로 확장할 수 있어 의미 있는 연구 결과”라고 전했다.

만성콩팥병이 진행되면 투석이나 신장이식이 필요한 말기 신부전증으로 발전하게 된다. 말기 신부전증으로 진행되는 과정에서 콩팥이 딱딱해지는 ‘신장 섬유화’가 나타난다. 이를 치료하는 약물을 연구하기 위해 여러 실험 모델이 개발됐지만 효능을 평가하기엔 부족했다.

동물 실험 모델의 경우 그 결과를 인간에게 그대로 적용할 수 없는 한계가 있고, 2차원 세포 실험은 생체와 다른 구조에서 이뤄져 역시 실험 결과를 인간에게 적용하기 어려웠다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '인터내셔널 저널 오브 모레큘러 사이언스(International Journal of Molecular Sciences)에 최근 실렸다.


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