포스텍(POSTECH·총장 김무환)은 김동성 기계공학과 교수와 석사과정 정현범 씨, 통합과정 윤재승 씨 연구팀이 김현중 텍사스주립대 교수팀과 공동으로 다수의 상용 세포배양 인서트에서 장 상피 세포들이 동시에 3차원의 융털 구조를 형성하게 하는 혁신적인 배양 시스템을 개발했다고 16일 밝혔다.
공동연구팀이 개발한 시스템은 인간 장 상피 세포의 3차원 융털구조 형성을 동시에 재현할 수 있는 다중 배양 시스템(BASIN)이다. 지금까지 장 상피 세포의 형태 발생을 유도해 실제 장과 유사한 3차원 융털 구조와 기능을 갖는 배양 플랫폼은 개발됐지만 대부분 매우 복잡한 구성을 가져 체외 모델을 대량으로 구현하기 힘들었다.
연구팀은 많은 표본에서 장 상피 세포의 형태 발생을 동시다발적으로 유도하는 것에 초점을 두고 실제 장의 구조와 기능과 유사한 체외 장 모델 개발에 주력했다. 연구팀이 개발한 BASIN은 24개의 상용 세포배양 인서트와 실험실에서 흔히 볼 수 있는 오비탈 셰이커, 대류 형성을 가능케 하는 개방형 기저측 챔버 세 가지 구성으로만 이루어진 아주 간단한 시스템이다. 하지만 인서트 하단부의 효율적인 대류 유동 구현을 통해 장 상피 세포의 몰포겐 억제제를 제거해 24개의 상용 세포배양 인서트에서 동시다발적으로 장 형태 형성을 유도할 수 있도록 했다.
그 결과, BASIN에서 배양된 인간 장 상피 세포들은 융털과 유사한 3차원 구조를 이루며 자랐고, 실제 장의 융털과 유사한 세포 특성 분포를 나타내는 것을 확인했다. 또 BASIN을 사용해 외부 화학 물질이 장 상피에 미치는 영향을 조사하고, 장 누수 증후군 등 장 질환 연구 모델 개발 등 실용적 적용 가능성을 검증했다.
김동성 교수는 “실제 장의 구조와 기능이 유사한 체외 장 모델의 대량생산 가능성은 약물 평가 모델로서 신약 개발 등에 활용될 수 있다”고 밝혔다.
과학기술정보통신부·한국연구재단 중견연구사업, 나노·원천기술개발사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 최근 영국왕립화학회가 발간하는 미세유체역학 및 마이크로타스(microTAS) 분야의 권위 국제학술지 '랩온어칩' 표지 논문으로 소개됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
