분당서울대병원 김세중 교수팀, 신장세포를 3D 조직칩에 배양해 허혈-재관류 손상 재현

조직칩은 허혈조건을 일정하게 유지 가능하고 인체반응 예측에 동물실험 모델보다 유용

분당서울대학교병원 신장내과 김세중 교수와 바이오스페로 최경현 대표 연구팀이 3차원 조직칩 기술을 이용해 허혈성 신손상 모델을 구축하는데 성공했다. 인간 신장의 미세환경을 조직칩으로 구현하여 세포 손상을 검증하고, 센서를 통해 신장세포의 손상 정도를 실시간으로 평가할 수 있어 약물의 효과를 정밀하게 규명할 수 있게 됐다.

신장세포의 갑작스런 손상으로 인해 신장기능이 약화되는 ‘급성 신손상’은 병원에 입원하는 환자의 약 10%에서 발생하는 비교적 흔한 질환이다. 급성 신손상으로 인해 신장이 제 기능을 못하게 되면 노폐물이 배설되지 않고 몸 안에 그대로 쌓이기 때문에, 조기에 발견해 바로 치료하는 것이 매우 중요하다. 만약 조기 치료에 실패하면 되돌릴 수 없는 손상이 진행되어 투석이나 사망 같은 위험한 상황까지 초래될 수 있다. 이러한 급성 신손상을 일으키는 3대 주요원인으로는 약물에 의한 신손상, 허혈성 신손상, 그리고 패혈증 신손상이 있다.

그동안 허혈성 신손상 모델은 주로 동물실험을 통해 진행되어 왔지만 허혈(장기의 산소수요에 대해 공급원인 혈류가 부족한 상태)의 조건이 실험실마다 다양하고, 실험실 온도, 날씨 같은 외부 조건에 영향을 받는 등의 한계가 있었다. 3차원 조직칩은 세포배양액의 산소분압을 조절해 허혈의 조건을 일정하게 유지할 수 있고, 인간세포를 이용하기 때문에 인체반응을 예측하는데 동물실험 모델보다 유용하다는 장점을 지닌다.

이에 분당서울대병원 신장내과 김세중 교수, 바이오스페로 최경현 대표 연구팀은 미세유체역학 분야의 조직칩 기술을 이용해 인간의 신장세포와 혈관세포를 3차원 조직칩에 배양하고, 세포배양액의 산소 분압을 조절하는 방법으로 허혈성 환경을 구현하는데 성공했다.

연구를 주도한 김세중 교수는 “이번 연구를 통해 인간의 신장 내 미세환경을 조직칩에서 그대로 재현하여, 허혈성 신손상의 병태 생리 뿐 아니라 다양한 항산화 효과를 지닌 치료제의 효과를 비교 평가하는 플랫폼을 제공할 수 있게 됐다”고 전했다.

한편 이번 연구는 국제학술지 ASC Biomaterials science&engineering 최신 호에 게재됐다.