동맥경화 발생과정, 혈관 구조 재현한 '오간온어칩'으로 밝혀

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질병치료제를 연구하는 연구자들은 새 약물을 시험하기 위해 연구동물이나 연구실에서 배양한 세포를 사용해야 했다. 최근 신체 장기의 기능과 구조를 모방한 오건 온 어 칩(Organ-on-a Chip) 장비가 잇따라 등장하면서 복잡한 연구 과정을 효율화할 수 있다는 기대가 커지고 있다. 오건온어칩은 질병의 진단과 감시를 목적으로 인간의 장기기능을 갖도록 모방하여 만든 유사 생체장기, 즉 오가노이드를 소형칩에 넣어 구성한 것이었다. 심장과 간, 대장 등 다양한 장기의 오간온아 칩이 속속 개발되고 있다. 최근 혈관 벽을 감시하고 심장질환의 사전 예방을 돕는 오건 온아칩 장비가 출시됐다. 싱가포르 난양 공대 대학 의학과의 한 웨이 호우 박사 팀이 '죽상(죽狀)경화증'을 하나 우키는 혈관의 변화를 쉽게 감지할 수 있는 심장 혈관 오강옹오치프을 개발, 2개 학술지'APL의 생물 공학'에 발표했다.

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GIB가 제공한 죽상동맥경화증은 동맥경화증 하나 나쁘지는 않아 혈관의 가장 안쪽 막인 내피에 지방과 콜레스테롤 등이 축적돼 혈관 벽이 좁아지거나 나쁘지 않아 막히는 심혈관 질환이었다. 사람마다 제각각의 인식훈련이 나쁘지 않다, 운동량 등 환경적 원인과 유전적 원인이 복합적으로 작용해 나쁘지는 않다고 알려져 있을 뿐 그 진행과정은 반드시 밝혀지지 않았다. 연구팀은 생물학적으로 복잡한 혈관 구성 요소를 재현하는 데 집중됐던 기존 심장혈관 오간온아칩 모델을 개선해 혈관 형태가 나쁘지 않고 구조까지 본떠 동맥경화가 진행되는 과정을 규명할 수 있는 장비를 개발하기로 했다.

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새로 개발된 오르가논아칩은 가운데 분리막(왼쪽 빨강)을 기준으로 아래쪽 공기층과 위쪽 유체층으로 과인된다. 공기층의 공기압을 조절하면 혈관 내 혈류 속도를 다르게 유도할 수 있다. 유체층 환자의 특행부위에서 채취한 혈액을 넣어 혈류속도를 전천시켜서 발현하는 면역세포의 양을 측정하면 동맥경화 가능성을 예측할 수 있다. - Nanyang technological University 제공, 이번에 연구팀이 개발한 심장혈관 오건온어칩은 대각선이 하나의 값만큼의 사각형 칩으로 혈액의 흐름을 재현하기 위해 얇고 유연한 폴리머막으로 분리된 두 층으로 구성됐다. 하층에는 공기, 상층에는 혈관과 특성을 유사하게 구성한 유체가 들어간다. 유체가 들어간 층 안에서는 적혈구 등 다양한 혈관 내피 세포를 배양했습니다. 펌프로 오간 온아칩 하층에 공기를 주입해 풍선처럼 부풀어오르도록 만들면 유체가 들어있는 상층부 한쪽이 수축될 것이다. 이때 좁아진 곳의 혈류 속도가 빨라지는 반면 넓은 곳은 속도가 느려진다. 혈관에서 혈류속도 차이가 과인타과인이라는 형세까지 오간 온아칩을 통해 구조적으로 재현한 것이다. 연구 팀은 혈류 속도가 더딘 곳에서 혈관을 구성하는 세포를 배양한 결과 면역 세포인 단핵 백혈구가 이 지상에 오래 머물동맥 경화를 유발하는 "ICAM-1"단백질을 만들어 주변의 지방과 함께 혈관 벽을 두텁게 하는 것을 확인했습니다. 이로 인해 혈류 속도가 느릴수록 혈관에 염증이 생긴 경우 동맥경화가 될 확률이 높다고 예측했습니다. 연구팀이 오간 온아칩의 유체층을 사람의 혈액으로 바꿔 검토 결과 혈류속도가 느려진 곳에서 단핵백혈구가 더 많이 발현되는 것을 발견했습니다. 실제로 우리 몸에서도 혈류 속도가 느려진 곳에서 면역세포가 작용해 동맥경화 발발 확률이 높아지는 것을 확인한 것이다. 호우 박사는 "이번에 개발한 칩은 혈관내피세포의 생물학적 모습뿐 아니라 혈액의 흐름을 재현했다"며 "특정 부위의 혈액을 채취해 오건온아칩에 넣었을 때 생기는 면역세포의 양을 측정하면 동맥경화증의 지표로 활용할 수 있다"고 설명했습니다. 그는 면역세포에 의해 비정상적인 혈관벽이 형성되는 과정을 추적하면 갑작스러운 심장마비 발생을 막을 확률을 높일 수 있다고 썼습니다.