사람 뇌간 모사 조직과 광학센서 결합 … 도파민 변화 12시간 연속 추적
성균관대 연구팀이 줄기세포로 만든 ‘미니 뇌’와 초정밀 센서를 결합해 파킨슨병 치료제에 대한 반응을 실시간으로 확인하는 기술을 개발했다.
성균관대는 생명물리학과 김인기 교수 연구팀과 박종찬 교수 연구팀이 사람의 뇌간과 비슷한 3차원 조직과 빛을 이용한 초정밀 센서를 결합한 ‘오가노이드 온 어 칩’ 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
오가노이드는 사람의 줄기세포를 배양해 실제 장기의 구조와 기능 일부를 재현한 작은 3차원 조직이다. 연구팀은 뇌와 척수를 연결하고 운동 조절에 관여하는 뇌간을 본뜬 오가노이드를 만들었다.
파킨슨병은 뇌에서 운동 신호 전달을 돕는 물질인 도파민을 만드는 세포가 손상되면서 손발 떨림이나 몸이 굳는 증상 등이 나타나는 퇴행성 뇌질환이다. 기존에는 약물 반응을 확인하려면 세포를 파괴하거나 특수 염색을 해야 하는 경우가 많아 살아 있는 조직에서 약효가 언제 나타나고 얼마나 지속되는지 계속 지켜보기 어려웠다.
연구팀은 금으로 만든 매우 작은 구조물에 빛을 비춰 생기는 변화를 이용해 도파민을 감지하는 센서를 만들었다. 여기에 도파민에만 선택적으로 달라붙는 물질을 붙여 ‘미니 뇌’를 손상시키지 않고도 도파민 분비량의 변화를 측정할 수 있도록 했다.
연구팀은 배양액과 약물을 가느다란 통로로 정밀하게 공급할 수 있는 작은 실험 장치 안에서 파킨슨병 뇌간 오가노이드의 반응을 12시간 동안 관찰했다. 그 결과 파킨슨병 치료제인 L-도파를 투여했을 때 감소했던 도파민 분비가 다시 늘어나는 과정을 시간대별로 확인했다.
약물 농도를 높인다고 효과가 계속 커지는 것은 아니라는 점도 관찰됐다. 연구팀은 이를 통해 약물이 언제부터 반응을 보이는지, 효과가 언제 가장 커지는지, 얼마나 지속되는지를 비교할 수 있었다고 설명했다.
이번 연구는 사람의 뇌 조직을 닮은 모델에서 약물 반응을 살아 있는 상태로 계속 측정했다는 데 의미가 있다. 앞으로 신약 후보물질의 효과를 비교하거나 사람마다 다른 약물 반응을 연구하는 데 활용될 가능성이 있다.
다만 현재는 ‘미니 뇌’와 센서를 이용한 실험 단계의 연구다. 실제 환자에게 사용할 치료법이나 의료기기로 이어지려면 추가적인 안전성과 정확성 검증이 필요하다.
김인기 교수는 “살아 있는 인간 조직의 약물 반응을 시간에 따라 연속적으로 확인할 수 있는 가능성을 제시했다”며 “향후 환자 맞춤형 신약 개발과 질병 연구에 활용할 수 있도록 발전시키겠다”고 말했다.
이번 연구는 국제학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano)’에 게재됐다.
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