신약의 치료 효과를 1차적으로 검증하기 위해선 주로 동물을 이용한다. 실험 과정에서 사람의 안전을 담보할 수 없기 때문이다.
동물보호단체 등에서 동물실험이 동물학대이며 비 윤리적이란 논란이 끊이질 않는 이유다. 이에 따라 의료계와 과학자들은 동물실험 논란에서 자유롭고, 투약효과를 높일 수 있는 대체 기술 개발에 열을 올리고 있다.
국내 한 연구진이 '장기칩((臟器칩, Organ on a Chip)' 기술을 이용해 약물 전달 효율을 극대화하는 방법을 고안하는 데 성공했다. 이 기술이 상용화되면 동물실험의 대체는 물론 표적약물 전달 효과를 극대화할 수 있을 것으로 기대된다.
울산과학기술원(UNIST) 바이오메디컬공학과 박태은‧권태준 교수 연구팀은 쥐의 생체 세포를 배양해 혈액-뇌 장벽(Blood-brain barrier, BBB)을 재현한 장기칩이 치료 약물의 투과율을 높일 수 있음을 입증했다고 17일 밝혔다.
연구팀은 각종 장기의 생리적 특징을 더 정확하게 나타내는 세포 기반 파지 디스플레이(phage display) 스크리닝 방법을 이용해 약물전달 효과를 극대화할 수 있다고 설명했다.
연구팀은 손가락 두 마디 크기의 장기칩으로 혈액-뇌 장벽을 모사한 결과, 기존의 트랜스웰(Transwell) 모델보다 훨씬 뛰어난 뇌혈관 투과 효율을 보였다고 강조했다.
연구팀에 따르면 장기칩 내부의 혈액이 혈관 벽을 따라 이동할 때 마찰력과 유사한 전단 응력이 발생했다. 덕분에 혈관 표면에 있는 당질층(Glycocalyx)의 구조와 기능이 정확하게 재현됐다.
연구팀은 결국 이 장기칩을 통해 생체환경을 효과적으로 모사함으로써 유효한 약물 전달 펩타이드(단백질)를 발견하는 데 성공했다. 굳이 동물을 이용하지 않고도 사람의 장기를 그대로 모방한 획기적인 약물전달체 개발의 길이 열렸다는 의미다.
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 공동1저자 김경하 연구원은 “장기칩 기술이 인간의 생체 조직도를 정확히 모델링할 가능성이 높음을 입증했다”며 “향후 약물 전달 시스템 연구에 새로운 가능성을 열 것으로 기대된다”고 덧붙였다.
연구팀은 이번에 고안한 장기칩 기술이 향후 기존의 만연된 동물시험을 대체해 간, 신장, 폐 등 다양한 인체 장기에 특화된 표적 치료제 개발에 크게 기여할 것으로 기대하고 있다.
이번 연구는 치매극복연구개발사업과 한국연구재단 우수신진지원사업, 중견연구자지원사업, 대학중점연구소지원사업, UNIST 미래선도형 특성화사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 국제 학술지 ‘ACS NANO’에 지난 5월 22일자로 게재됐다.
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