폐에 이어 눈까지 인공 장기칩 개발···신약개발 등 동물실험 대체 기대

사람의 안구 표면 구조와 눈 깜빡임까지 흉내낸 눈 모사 장기칩(human organ-on-a-chip)이 선보여 안과 질환 치료를 위한 신약개발에 도움을 줄 것으로 기대된다. 폐에 이어 눈까지 플라스틱에 세포를 배양해 조직이나 장기를 모사한 실험 장치(장기칩)가 잇따라 선보이며 동물실험을 대체할지 눈길을 끈다.

허동은 미국 펜실베이니아대 바이오공학과 석좌교수는 안구 표면을 형성하는 각막과 결막, 그 위를 덮은 눈물층까지 재현한 ‘블링킹 아이온어칩’(blinking Eye-on-a-chip)을 개발했다고 6일 밝혔다. 이 연구는 ‘네이처 메디신’에 실렸다.

연구팀은 새 장기칩으로 정상적인 눈 깜빡임이 각막 조직의 분화와 유지에 중요한 역할을 한다는 것을 확인했다. 깜빡임 횟수를 절반으로 줄여 ‘안구건조증’ 상태와 유사한 상태로 만들어 신약 후보 물질을 넣어 약효를 검증했다. 허 교수는 “안구 독성 동물실험을 대체하거나 신약개발과 콘택트렌즈 테스트에 활용할 수 있고 다양한 안구질환의 기전 연구에도 응용할 수 있을 것”이라고 기대했다.

이를 위해 연구팀은 눈 모사칩 개발을 위해 각막과 결막을 구성하는 조직의 구조와 환경을 분석해 칩 위에 옮겼다. 3D 프린터로 사람 안구의 곡률 반경을 모사한 지름 7mm짜리 고분자 배양 틀을 만들고 각막과 결막 구성 세포를 각각 배양했다. 이후 배양 틀을 공기 중에 노출해 7~8층의 각막 조직을 만들었다. 안구 표면의 미세 구조와 점막 형성 분화 과정도 모사했다. 눈꺼풀은 투명하고 물렁물렁한 소재(하이드로젤)로 구현했다. 실제 눈꺼풀처럼 분당 12회씩 깜빡이며 컴퓨터로 속도를 조절할 수 있다.

칩에는 미세채널이 있어 눈꺼풀이 내려올 때마다 자동으로 인공눈물이 나온다. 안구 표면을 덮는 눈물층은 6㎛(1㎛는 100만분의 1m) 두께로 만들었다. 사람의 눈물층(5~10㎛)과 비슷한 수준이다.

한편 허 교수는 팽창과 수축을 반복하는 사람의 폐를 모사한 ‘렁온어칩’(Lung-on-a-chip)을 개발해 장기칩 연구의 초석을 마련한 바 있다. 현재 연구팀은 흡연의 영향과 천식 등에 대한 연구를 진행하고 있다 /고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com

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