KAIST, 칩 하나로 '횡문근융해증' 추적 할 수 있는 기술 개발

매우 작은 크기의 칩 위에서 인체 장기 환경을 구현한 장치인 '미세유체시스템' 실험이 이뤄지는 개념도. AI가 생성한 이미지./KAIST

국내 연구진이 근육이 손상되면 신장 기능까지 급격히 나빠질 수 있는 ‘횡문근융해증’의 진행 과정을, 사람 몸과 비슷한 조건으로 실험실에서 관찰할 수 있는 시스템을 개발했다. 약물 부작용으로 생기는 근육 손상이 급성 신장 손상으로 이어지는 흐름을 작은 칩 위에서 정밀하게 재현·관찰할 수 있게 되면서, 약물 안전성 평가와 부작용 예측 기술의 고도화 가능성이 커졌다는 평가다.

KAIST는 5일, 기계공학과 전성윤심기동 교수팀이 분당서울대학교병원 김세중 교수와의 공동 연구를 통해 ‘바이오 미세유체시스템(장기칩)’을 개발했다고 5일 밝혔다. 이 장치는 근육과 신장 조직을 필요할 때만 연결했다가 실험 뒤 다시 분리할 수 있는 모듈형(조립형) 구조가 특징이다. 두 조직을 각각 가장 적합한 조건에서 따로 배양한 뒤, 실험이 필요한 시점에만 플러그를 끼우듯 연결해 장기 간 상호작용을 유도한다. 실험 후에는 두 조직을 다시 떼어내 각 조직의 변화를 독립적으로 분석할 수 있어, 손상된 근육에서 나온 물질이 신장에 미치는 영향을 수치로 확인할 수 있다.

KAIST 연구팀이 개발한 신규 연구 플랫폼 'MKoaC'. 작동 모습과 실험 결과. 해당 플랫폼은 약물 부작용의 전신적 영향을 체외 에서 정밀하게 규명할 수 있어, 기존 독성평가 모델이 가진 한계를 극복할 수 있는 핵심 기술로 평가된다./KAIST

연구팀은 임상에서 근육 손상을 유발하는 것으로 알려진 아토르바스타틴(고지혈증 치료제)과 페노피브레이트(중성지방 치료제)를 칩에 적용했다. 그 결과 칩 위의 근육 조직에서는 근육이 힘을 내는 능력이 떨어지고 구조가 망가졌으며, 근육 손상 정도를 보여주는 마이오글로빈과 CK-MM 수치가 증가하는 등 횡문근융해증의 전형적인 변화가 관찰됐다. 동시에 신장 조직에서는 정상적으로 살아 있는 세포 수가 감소하고 세포 사멸이 늘었으며, 급성 신손상 시 증가하는 지표인 NGAL과 KIM-1 발현도 유의미하게 증가했다. 특히 손상된 근육에서 나온 물질이 신장 손상을 단계적으로 더 악화시키는 연쇄적인 손상 과정까지 함께 확인할 수 있었다.

전성윤 교수는 “근육과 신장 사이에서 발생하는 상호작용과 독성 반응을 인체와 유사하게 분석할 기반을 마련했다”며 “약물 부작용을 사전에 예측하고 급성 신손상이 발생하는 원인을 규명하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다. 이번 연구는 지난해 11월 국제 학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리어스(Advanced Functional Materials)에 게재됐다.

최영총 기자 youngchoi@hankyung.com