동물실험 대체할까…깜빡임까지 재현한 '눈 모사칩' 개발

2019.08.06 10:35

美 펜실베이니아대 허동은 교수, '네이처 메디신'에 발표

 

생명현상을 연구하고 신약 후보물질을 실험할 수 있는 '장기칩'(human organ-on-a-chip)이 속속 개발되고 있다. 장기칩은 플라스틱 위에 세포를 배양해 인체 조직이나 장기를 모사한 실험 장치다. 최근 안구 표면 구조는 물론 눈 깜빡임까지 흉내 낸 눈 모사칩이 나와 안과 질환과 신약 연구에 도움을 줄 것으로 보인다.

 

허동은 미국 펜실베이니아대 바이오공학과 석좌교수는 안구 표면을 형성하는 각막과 결막, 이 위를 덮은 눈물층까지 재현한 '블링킹 아이온어칩'(blinking Eye-on-a-chip)을 개발했다고 6일 밝혔다.

 

연구 결과는 국제학술지 '네이처 메디신'(Nature Medicine. 5일자)에 실렸다.


블링킹 아이온어칩. Jeongyun Seo and Dongeun Huh at the University of Pennsylvania 제공

연구진은 각막과 결막을 구성하는 조직의 구조와 환경을 분석해 이들을 칩 위에 그대로 옮겼다. 3차원(3D) 프린터로 사람 안구의 곡률 반경을 모사한 지름 7mm짜리 고분자 배양 틀을 만들고 여기에 각막과 결막 구성 세포를 각각 배양했다.

 

이후 배양 틀을 공기 중에 노출해 7~8층의 각막 조직을 형성하게 했다. 사람 안구 표면에서 볼 수 있는 미세 구조 및 점막 형성 분화 과정도 모사했다.

 

안구를 덮는 눈꺼풀은 투명하고 물렁물렁한 소재인 '하이드로젤'로 구현했다. 인공 눈꺼풀은 실제 눈꺼풀처럼 분당 12회 깜빡이며, 컴퓨터로 이 속도를 빠르거나 느리게 조절할 수 있다.

 

칩에는 인공눈물이 들어있는 미세채널이 있어 눈꺼풀이 내려올 때마다 자동으로 인공눈물이 나온다. 이 과정에서안구 표면을 덮는 눈물층이 6㎛ 두께로 만들어졌다. 실제 사람의 눈물층이 5~10㎛인데 이와 비슷한 수준인 셈이다.

 

연구진은 새 장기칩을 이용해 정상적인 눈 깜빡임이 각막조직의 분화와 유지에 중요한 역할을 한다는 것을 확인했다. 또 눈 깜빡임 횟수를 절반으로 줄여 '안구건조증' 상태와 유사한 상태로 만든 뒤, 안구건조증 신약 후보 물질을 넣어 약효를 검증해내기도 했다.

 

허 교수는 "안구 표면을 모사한 실험모델을 개발했고 약물 테스트가 가능함을 보였다"며 "안구 독성을 알아보는 동물실험을 대체하거나 신약개발 및 콘택트렌즈 테스트에 활용할 수 있고 다양한 안구질환의 기전 연구에도 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.

 


 
블링킹 아이온어칩.Jeongyun Seo and Dongeun Huh at the University of Pennsylvania 제공

 

앞서 허 교수는 팽창과 수축을 반복하는 사람의 폐를 모사한 '렁온어칩'(Lung-on-a-chip)을 개발해 장기칩 연구의 초석을 마련한 바 있다. 현재 연구진은 이 기술을 기반으로 흡연의 영향과 천식 등에 대한 연구를 진행하고 있다.

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