• 박제균 바이오및뇌공학과 교수팀
  하나의 소자 12가지 조건서 수행
  바이오프린팅·랩온어칩 한계 극복

인체에 항암제가 투여되면 약물 분자는 혈류를 따라 수송된다. 이들 약물 분자는 혈관 벽을 투과, 확산한다. 확산한 분자는 종양 덩어리 내부까지 점차 침투해 약물 효능이 나타나게 된다. 국내 연구진이 바이오프린팅 기술로 36가지의 종양 미세환경을 유체채널 내부에 모사하여 12가지 실험 조건에 따른 항암제 효능을 동시에 평가하는데 성공했다.

KAIST는 박제균(사진) 바이오및뇌공학과 교수 연구팀이 기존 바이오프린팅·랩온어칩 기술의 한계점을 극복하고 장점을 극대화하여 복잡한 종양 미세환경이 구현된 랩온어칩을 개발하고 여러 분석 변수가 반영된 약물 스크리닝을 수행하는 데 성공했다고 16일 밝혔다.

바이오프린팅은 조직이나 장기의 복잡한 형상과 조성을 체외환경에서 재현할 수 있는 생체모사 기술이지만, 제작된 생체모델의 배양 환경 제어와 분석이 어렵다. 반면 랩온어칩은 미세 유체채널 내에서의 유체 제어 기술에 기반해 배양 환경의 정교한 제어와 다양한 분석 수행이 가능하지만, 미세한 유체 통로 내부에 생체 환경을 모사하는 데 한계가 있었다.

KAIST 연구진은 바이오프린팅 기술로 서로 다른 조성으로 구성된 총 36개의 종양 모델을 랩온어칩 내에 형성한 후, 동일한 소자 내에서 12가지 실험 조건에 따른 항암제 효능을 동시에 평가하는 데 성공했다.

연구팀은 바이오프린팅의 우수한 공간적 자유도와 다양한 생체재료를 활용할 수 있다는 장점을 이용, 세 가지 서로 다른 조성으로 이루어진 36개의 종양 모델을 하나의 미세 유체소자에 집적시켰다. 세포를 유동 배양해 물질 수송에 핵심 구조물인 혈관 벽과 종양 덩어리를 모사하여 네 가지 농도의 항암제를 종양 모델에 유입함으로써, 하나의 소자에서 12가지 실험 조건의 약물 평가를 수행했다.

또 혈관 벽에 의해 약물 분자의 수송이 저해되고 종양 덩어리 내부까지 침투되는 현상을 관찰할 수 있었고, 체내 수송 과정을 모사하지 못했던 기존 종양 모델과 약물 효능에 큰 차이를 보인다는 것을 확인했다.

박 교수는 “바이오프린팅과 랩온어칩의 통합기술로 제작된 미세 유체 세포 배양·분석 플랫폼의 개발에 따른 신뢰성 있는 약물 평가 모델에 대한 성과”라며 “향후 다양한 조직·장기 특성을 모사하고 생물학적 분석과 약물 효능 평가를 고효율로 수행할 수 있는 동물실험 대체용 차세대 체외 세포 배양·분석 기술로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이기현 KAIST 바이오및뇌공학과 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼스’ 온라인판에 6월 3일 게재됐다.

구본혁 기자