[대한뉴스=전화수 기자] 신약개발과 독성평가 연구에서 동물실험을 대체할 수 있을 것으로 전망되며, 인간의 세포에서 반응을 관찰 할 수 있다는 점에서 장기칩(Organ on a chip)기술의 중요성이 부각되는 가운데 제주대학교 최경현 연구팀이 주목받고 있다.
초소형 정밀기계 제작기술인 멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems)기술과 바이오기술(BT)을 결합하여 의료.생명공학 분야에 적용 활용하는 바이오 멤스 기술발전을 가능하게한 장기칩(Organ on a chip) 기술은 전자회로가 놓인 칩 위에 폐, 심장, 망막과 같은 장기를 구성하는 세포를 배양함으로써, 해당 장기의 기능과 특성뿐만 아니라, 역학적, 생리학적 세포반응을 구현하는 기술이다.
장기칩 기술은 특정 장기의 세포운동이나 물리 화학적 반응의 메커니즘을 상세하게 연구할 수 있고, 신약개발이나, 독성평가에 대한 모델로서 이용될 것으로 기대 받고 있으며 국제적으로 미국 식품의약국(FDA), 미국국립보건원(NIH), 미 항공 우주국(NASA), 국방 고등 연구기획청(DARPA)과 장기칩 회사들은 협력 체계를 구축 상용화 연구를 추진 중에 있다.
제주대학교 최경현 연구팀은 인쇄전자 기술과 바이오 기술이 융합된 ‘바이오 센서 내장형 장기칩과 실시간 모니터링 기술’을 융합해 실시간으로 세포반응 상태확인이 가능한 신기술 개발로 기존 장기칩의 한계극복 토대를 마련했다.
기존의 장기칩 기술은 칩 내부에 장기 세포를 부착하고, 리소그래피 기술로 혈관을 모사한 마이크로채널에 유체(배양액)를 공급하는 방식으로 세포를 배양하여 장기 조직을 체외에서 모사했었다. 하지만 모사된 장기의 역학적, 생리학적 세포 반응은 실시간으로 모니터링이 불가능하며, 반응 후 세포의 상태를 측정함으로써 한계가 있었으나 연구팀은 최근 인쇄전자 공정 기술을 장기칩 기술에 접목하여 이러한 한계를 극복하고 연구의 단계를 한 차원 높임으로써 관련 분야의 선두주자로 나서게 됐다.
최경현 연구팀은 실시간 세포반응 분석을 통한 신뢰성 높은 장기칩 기술에 초점을 두고 인쇄전자 공정 기술 기반의 친환경 소재를 이용한 초저가, 고감도의 바이오 센서(TEER, DO, Lactate 등)개발과 멀티헤드 3D 프린팅 시스템을 이용하여 인체의 혈관을 다양한 형상 및 다차원으로 모사하는 제작 기술을 확보, 장기에 따른 형태학적 특성의 모사를 구체화했다.
지난 2011년 설립된 제주대학교 인쇄전자 센터를 기반으로 최경현 연구팀이 이뤄낸 160여 건의 국제저널에 등재된 연구결과도 다수의 분야에서 인용되고 있어 가치있는 연구성과로 인증받고 있다.
또한, 전기수력학적 잉크젯 프린팅 시스템, 정전기력 분무 기반의 박막코팅 시스템, 용액 소재 기반의 3D 프린팅 기술을 이용하여 다양한 임베디드 센서를 개발을 비롯 인쇄기술 관련 원천특허를 대거 확보했다. 또한, 국가 연구개발 사업을 통하여 서로 다른 이종 소재 토출이 가능한 멀티헤드(4-Head type) 프린팅 시스템을 개발하여 여러 가지 기능 및 형상의 디바이스를 단일공정(one-step) 방식으로 제작할 수 있는 기술도 확보함으로써 향후 연구에서도 상당한 진전이 기대된다.
제주대학교 최경현 교수 연구팀은 이러한 연구를 통해 장기칩 내의 세포반응을 실시간으로 확인할 수 있는 바이오 센서 기술과 인체의 다양한 혈관 형상을 모사한 마이크로채널 제작 기술 구현에 성공해 세계적으로 주목받고 있다.
연구팀의 연구결과는 향후 신약후보물질 안정성·유효성 평가(동물대체모델)와 난치병 등 환자 맞춤형 치료제 개발,화장품 독성·효능 평가나 극한환경(해녀, 우주인 등) 질병 기전 분석 등 다양한 연구·응용분야에 적극 활용될 것으로 기대되고 있다.
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