필요한 물질만 선택적으로 투과시키는 혈뇌장벽 본뜬 칩 개발

연세대 연구팀, 곰팡이가 장벽 통과해 뇌 침투하는 과정 밝혀

한국연구재단은 조승우·반용선 교수 연구팀이 병원체는 차단하고 필요한 물질만 투과시키는 우리 몸속 혈뇌장벽(혈액-뇌 장벽)을 본뜬 '장기 칩'(organ-on-a-chip)을 설계했다고 15일 밝혔다.

최근 ㎛(마이크로미터·100만분의 1ｍ) 크기 지름의 미세한 관 안에서 액체 흐름을 조절해 각종 시료를 처리할 수 있는 미세 유체 칩에 기반한 장기 칩이 체외 모델로 주목을 받고 있다.

유체 흐름을 정밀하게 제어함으로써 기존 2차원적 세포 배양 방식보다 정밀하게 인체 장기를 재현할 수 있다.

하지만 혈뇌장벽은 구조와 세포 성분이 복잡해 장기 칩 개발이 어려웠다.

혈뇌장벽은 뇌와 중추신경계를 둘러싼 선택적 투과 막으로, 혈액으로 운반되는 병원체나 잠재적 위험물질로부터 뇌를 보호하는 역할을 한다.

연구팀은 미세 유체 칩에 뇌 조직의 세포외기질(세포 밖 물질)을 모사한 하이드로젤과 배양액의 흐름을 구현했다.

이어 인간 신경줄기세포와 뇌혈관 세포를 함께 배양, 뇌혈관이 포함된 실제 인간 뇌 조직을 닮은 장기 칩 개발에 성공했다.

연구팀은 개발한 혈뇌장벽 칩을 이용해 병원성 곰팡이 '크립토코쿠스 네오포만스'(Cryptococcus neoformans)의 감염 과정을 밝히는 데 성공했다.

호흡기로 감염되는 크립토코쿠스 네오포만스는 혈액을 통해 전신으로 퍼진 뒤 혈뇌장벽을 통과해 뇌수막염·뇌염 등을 일으키는 것으로 알려져 있다.

곰팡이가 혈뇌장벽을 자유롭게 투과한다는 것은 알려져 있었지만, 균이 뇌를 침투하는 과정은 밝혀지지 않았다.

연구팀은 혈뇌장벽 칩에 곰팡이를 주입하면 균이 뇌혈관 주위에 모인 뒤 응집된 형태로 통과하는 모습을 실시간으로 관찰하고, 이에 관여하는 유전자도 발굴했다.

연구팀이 해당 유전자를 제거한 돌연변이 곰팡이를 칩에 주입한 결과 장벽을 투과하지 못하는 것으로 나타났다.

앞으로 곰팡이성 뇌수막염 치료 후보물질 개발, 혈뇌장벽을 통과할 수 있는 화합물 발굴 등 연구에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 바이오메디컬 엔지니어링'(Nature Biomedical Engineering) 이날 자에 실렸다.

/연합뉴스