생체내 기저막 모사 나노섬유 멤브레인
뇌질환 치료제 개발에 활용
뇌 질환 치료제 개발에 활용할 수 있는 혈액-뇌 장벽(BBB) 모델이 개발됐다.
UNIST(총장 이용훈)는 박태은 바이오메디컬공학과 교수팀과 김동성 포스텍 기계공학과 교수팀이 공동으로 생체 기저막 모사 나노섬유 멤브레인(nEBM)을 활용한 '기능성 혈액-뇌 장벽 모델'을 개발했다고 15일 밝혔다.
혈액-뇌 장벽은 혈관내피세포와 그 주위를 둘러싼 기저막, 별아교세포, 혈관주위세포로 이뤄진 생체 장벽이다. 뇌 기능에 필수적인 물질만 출입을 허용해 뇌를 보호하는 역할을 한다.
하지만 약물까지 통제해 뇌질환 치료에 걸림돌이 돼왔다. 뇌 질환 치료제 개발을 위해 여러 혈액-뇌 장벽 모델이 개발됐지만 복잡하고 정교한 생체 기저막 정밀 모사까지는 한계가 있었다.
공동연구팀은 나노섬유 멤브레인을 개발해 이 한계를 극복했다. 개발한 나노섬유 멤브레인에 인간 줄기세포에서 유래한 혈관내피세포, 별아교세포, 혈관주위세포를 공배양해 혈액-뇌 생체 장벽 기능을 모사한 체외 모델을 성공적으로 구축했다.
나노섬유 멤브레인 적용 인공 기저막은 생체친화 소재인 실크피브로인과 폴리카프로락톤(PCL)으로 만든 직경 수십~수백 나노미터의 나노섬유 지지체와 콜라겐을 비롯한 기저막 유래 하이드로젤로 구성됐다. 혈액-뇌 장벽의 생체 기저막과 동일한 얇은 박판의 3차원(3D) 섬유구조다.
공동연구팀이 개발한 '혈액-뇌 장벽 모델'은 기존 플라스틱 소재 다공성 막에 비해 2배 이상 높은 물리적 장벽 기능을 발휘했다. 혈액-뇌 장벽의 주요 기능 가운데 하나인 약물 배출 단백질 활성도 나타났다.
연구팀은 추가로 한국인 사망 원인 3위인 뇌 혈관 질환의 뇌졸중 모델을 개발했다. 일시적으로 산소와 영양분 공급을 제한해 뇌졸중 환경을 모사하고, 혈관 장벽이 손상돼 혈류 면역세포가 뇌로 이동하는 뇌졸중 증상을 재현했다. 이어 뇌졸중 치료제를 투여할 때 혈액-뇌 장벽이 기능을 회복하는 양상을 확인했다.
박태은 교수는 “나노섬유 멤브레인을 이용한 혈액-뇌 장벽 모델의 높은 기능성과 체외모델 개발에서 기저막의 물리적·생화학적 모사의 중요성을 확인했다”며 “뇌질환 관련 약물 개발이나 평가에 활용할 수 있고, 중추신경계 질환 메커니즘 연구에도 기여할 것”이라 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
