한국과학기술원(KAIST·총장 이광형) 연구진이 장기 간 상호작용을 실험실 환경에서 정밀 재현할 수 있는 장치를 개발했다. '횡문근융해증'과 같은 질환에 따른 근육·신장의 상호 영향 및 손상 관찰에 큰 도움이 될 전망이다.
KAIST는 전성윤·심기동 기계공학과 교수팀이 김세중 분당서울대병원 교수와의 공동 연구로, 약물에 따른 근육 손상이 신장 손상으로 이어지는 과정을 실험실에서 재현할 수 있는 '바이오 미세유체시스템'을 개발했다고 5일 밝혔다.
이번 연구는 근육·신장을 동시 연결·분리할 수 있는 모듈형(조립형) 장기칩을 활용했다. 입체적으로 구현한 근육 조직과 근위세뇨관 상피세포(신장에서 핵심 역할을 하는 세포)를 하나의 작은 칩 위에서 연결한 구조를 개발, 실제 인체 환경과 유사 조건을 구현했다.
해당 시스템은 필요에 따라 장기 조직을 연결하거나 다시 분리할 수 있는 플러그-앤-소켓 방식 모듈형 미세유체 칩이다. 작은 칩 위에서 실제 사람의 장기처럼 세포·조직을 배양하고, 서로 영향을 주고받도록 설계됐다.
이 장치에서는 근육·신장 조직을 각각 가장 적합한 조건에서 따로 배양한 뒤, 실험이 필요한 시점에만 연결해 장기 간 상호작용을 유도할 수 있다. 실험이 끝난 후에는 두 조직을 다시 분리해 각각 변화를 독립적으로 분석할 수 있으며, 손상된 근육에서 나온 독성 물질이 신장에 미치는 영향을 수치로 확인할 수 있다는 점이 특징이다.
연구팀은 해당 플랫폼을 활용해 실제 임상에서 근육 손상을 유발하는 것으로 알려진 아토르바스타틴(고지혈증 치료제)과 페노피브레이트(중성지방 치료제)를 실험에 적용했다.
그 결과, 칩 위 근육 조직에서는 근육이 힘을 내는 능력이 떨어지고 구조가 망가졌으며, 마이오글로빈과 CK-MM 등 근육 손상 정도를 보여주는 물질 수치가 증가하는 등 횡문근융해증에 따른 전형적인 변화가 관찰됐다. 손상된 근육에서 나온 독성 물질이 신장 손상을 단계적으로 더욱 악화시키는 연쇄적인 손상 과정까지 함께 확인할 수 있었다.
전성윤 교수는 “앞으로 약물 부작용을 사전에 예측하고, 급성 신손상이 발생하는 원인을 규명하며, 개인별 맞춤형 약물 안전성 평가로까지 연구를 확장할 수 있을 것”이라고 말했다.
김재상 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구 성과는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리어스'에 지난 11월 12일 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
