UNIST, 생체환경 그대로 재현한 '장기칩'으로 약물 전달률 극대화

UNIST 박태은·권태준 교수 연구팀, 장기칩 기술 이용해 최적의 약물 전달체 발굴

동물실험 대체할 장기칩, 정확한 생체모사로 표적 약물 전달 방법 제시

트랜스웰(BBB Transwell)과 미세유체 장기칩(BBB Chip) 기반 파지디스플레이 스크리닝 비교 모식도. 모식도=유니스트

약물치료 효과를 극대화하려면 장기와 혈관의 생체환경에 최적화된 약물 전달 기술이 필요하다. UNIST 연구팀이 장기칩(Organ on a Chip) 기술을 이용해 약물 전달 효율을 극대화하는 방법을 내놓았다.

유니스트(UNIST·울산과학기술원) 바이오메디컬공학과 박태은 교수와 권태준 교수 연구팀은 쥐의 생체 세포를 배양해 혈액-뇌 장벽(Blood-brain barrier, BBB)을 재현한 장기칩이 치료 약물의 투과율을 높일 수 있음을 입증했다. 장기의 생리적 특징을 더 정확하게 나타내는 세포 기반 파지 디스플레이(phage display) 스크리닝 방법을 이용한 것이다.

손가락 두 마디 크기의 장기칩으로 혈액-뇌 장벽을 모사한 결과, 기존의 트랜스웰 모델보다 훨씬 뛰어난 뇌혈관 투과 효율을 보였다. 연구팀은 장기칩 기술이 간, 신장, 폐 등 다양한 장기에 특화된 표적치료제 개발에도 기여할 것으로 기대하고 있다.

이러한 성과는 장기칩 내부의 혈액이 혈관 벽을 따라 이동할 때 마찰력과 유사한 전단응력이 발생했기 때문에 가능했다. 덕분에 혈관 표면에 있는 당질층(Glycocalyx)의 구조와 기능이 정확하게 재현됐다. 결국 장기칩은 생체환경을 효과적으로 모사해 유효한 약물 전달 펩타이드(단백질)를 발견하는 데 성공했다.



공동1저자인 최정원 연구원은 “장기칩 기술이 생체 환경을 밀접하게 모방해 표적 기능을 가진 약물 전달체를 발견하는 데 강력한 도구로 활용될 수 있음을 보여준다”고 말했다.

또 다른 공동1저자인 김경하 연구원은 “장기칩 기술이 인간의 생체 조직도 정확히 모델링할 가능성이 높음을 입증했다”며 “향후 약물 전달 시스템 연구에 새로운 가능성을 열 것으로 기대된다”고 전했다.

이번 연구는 치매극복연구개발사업과 한국연구재단 우수신진지원사업, 중견연구자지원사업, 대학중점연구소지원사업, UNIST 미래선도형 특성화사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 국제 학술지 ‘ACS NANO’에 지난 5월 22일자로 게재됐다.

쥐의 생체 세포를 배양해 혈액-뇌 장벽(Blood-brain barrier, BBB)을 재현한 장기칩이 치료 약물의 투과율을 높일 수 있음을 입증한 연구진. 아래줄 왼쪽부터 시계방향, 김경하 연구원(공동 1저자), 주진명 교수, 권태준 교수, Jonathan Sabate del Rio 연구원, 최정원 연구원(공동 1저자), 박태은 교수. 사진제공=유니스트