疾病 治療劑를 硏究하는 硏究者들은 새로운 藥물을 試驗하기 위해 실험 動物이나 實驗室에서 培養한 細胞를 써야 했다. 최근 身體 臟器의 機能이나 構造를 模倣한 ‘오간온어칩(Organ-on-a Chip)' 裝備가 續續 登場하면서 複雜한 實驗 過程을 효율화할 수 있으리란 期待가 커지고 있다.
오간온어칩은 病의 診斷과 監視를 目的으로 人間의 臟器 機能을 갖도록 模倣해 만든 유사 生體 長期, 卽 오가노이드를 小型 칩에 넣어 構成한 것이다. 心臟과 肝, 大將 等 다양한 臟器의 五姦溫溫어칩이 續續 開發되고 있다.
最近 血管 壁을 監視해 心臟 疾患의 事前 豫防을 돕는 ‘五姦溫語칩’ 裝備가 나왔다. 싱가포르 난양工大 大使醫學科 한 웨이 豪雨 博士팀이 ‘죽상動脈硬化症’을 일으키는 血管의 變化를 손쉽게 感知할 수 있는 心臟血管 오간온어칩을 開發, 2日 學術誌 ‘APL 生物工學’에 發表했다.
죽상動脈硬化症은 動脈硬化症의 하나로 血管의 가장 안쪽 幕인 內皮에 脂肪과 콜레스테롤 等이 蓄積돼 血管 壁이 좁아지거나 막히는 心血管 疾患이다. 사람에 따라 제各各인 食習慣이나 運動量 等 環境的 原因과 遺傳的 原因이 複合的으로 作用해 나타나는 것으로만 알려져 있을 뿐, 그 進行 過程은 明確히 밝혀지지 않았다.
硏究팀은 生物學的으로 複雜한 血管의 構成 要素 再現에 集中했던 旣存의 心臟血管 五姦溫語칩 모델을 改善, 血管의 形態나 構造까지 본 떠 動脈硬化가 進行되는 過程을 밝힐 수 있는 장비 開發을 목표로 했다.
새로 開發된 올갠온어칩은 가운데 分離膜(왼쪽 빨강)을 基準으로 아래쪽 空氣層과 위쪽 流體層으로 나뉜다. 空氣層의 空氣壓을 調節하면 血管 內 血流速度를 다르게 誘導할 수 있다. 유체층의 患者의 特定部位에서 採取한 혈액을 넣고 血流速度를 변화시켜 발현되는 免疫細胞의 量을 測定하면, 동맥경화 可能性을 豫測할 수 있다. - Nanyang technological University 提供
이番에 硏究팀이 開發한 心臟血管 오간온어칩은 對角線이 1인치 程度의 사각형 칩으로 血液의 흐름을 再現하기 위해 얇고 柔軟한 폴리머 膜으로 分離된 두 個의 層으로 構成됐다. 아래層에는 空氣, 위層에는 血管과 特性을 비슷하게 構成한 流體가 들어간다. 流體가 들어간 層 안에서는 赤血球 等 다양한 血管 內皮細胞를 培養했다.
펌프로 五姦溫語칩 아래層에 空氣를 注入해 風船처럼 부풀어 오르도록 만들면 流體가 들어 있는 위層의 한 쪽 部分이 收縮한다. 이때 좁아진 곳의 血流 速度가 빨라지는 反面 넓은 곳은 速度가 느려진다. 혈관에서 血流 速度 差異가 나타나는 狀況까지 오간온어칩을 통해 構造的으로 再現해 낸 것이다.
硏究팀은 血流 速度가 느려진 곳에서 血管을 構成하는 細胞를 培養한 結果, 免疫細胞인 單核 白血球가 이 地域에서 오래 머물며 動脈硬化를 誘發하는 ICAM-1 蛋白質을 만들어 周邊의 떠다니는 地方과 함께 血管壁을 두껍게 만드는 것을 確認했다. 이를 通해 血流速度가 느릴 수록 혈관에 炎症이 생겼을 때 動脈硬化에 걸릴 확률이 높을 것으로 豫測했다.
硏究팀이 오간온어칩의 유체층을 사람의 血液으로 바꾸고 實驗을 進行한 結果, 血流 速度가 느려지는 곳에서 單核 白血球가 더 많이 發現되는 것을 發見했다. 實際 사람의 몸에서도 혈류 速度가 느려진 곳에서 면역세포가 作用해 動脈硬化 發生 確率이 높아짐을 確認한 것이다.
豪雨 博士는 “이番에 開發한 칩은 血管 內皮細胞의 生物學的 모습뿐 아니라 血液의 흐름을 再現했다”며 “特定 部位의 血液을 採取해 오간온어칩에 넣었을 때 생기는 免疫細胞의 量을 測定하면 動脈硬化症의 指標로 活用할 수 있을 것”이라고 說明했다. 그는 “면역세포로 인해 非正常的인 血管 壁이 形成되는 過程을 追跡하면 갑작스러운 心臟 痲痹 發生을 막을 確率을 높일 수 있다”고 말했다.
