생체실험 없이도 대규모 당뇨병 연구가 가능한 생체모사칩을 국내 연구진이 개발했다.

원재연 은평성모병원 안과 교수와 조동우 포항공대 기계공학과 교수 공동연구팀은 3D 바이오 프린팅을 활용해 제2형 당뇨병과 당뇨병성 망막병증을 모사한 인공 생체칩을 전 세계 최초로 학계에 보고했다고 7일 밝혔다.

연구팀은 제2형 당뇨병 발생에 있어 중요한 장기로 꼽히는 췌장·간·지방 조직·혈관을 1개의 칩 위에 유기적으로 배열해 제2형 당뇨병 모사칩을 개발했다. 고분자 화합물 프레임에 △인슐린 분비 환경을 구현하기 위한 췌장 베타세포 △지방조직 구현을 위한 지방세포와 대식세포 △간을 조성하는 간세포(HepG2)를 정교하게 프린팅한 다음 인체와 유사한 환경을 구현하기 위해 각 장기 세포층에 혈관내피세포 및 생체적합 플라스틱 소재를 추가하고 관류 가능한 형태로 만들었다. 이렇게 만들어진 칩은 실제 제2형 당뇨병 환자들에게 나타나는 여러 질병 특성은 물론, 현재 임상에서 사용되는 당뇨병 치료제의 효과를 그대로 재현할 수 있다.

연구팀은 모사칩을 이용해 지방 조직과 제2형 당뇨병 간 연관성을 분석한 결과 피하지방보다 내장지방이 당뇨병과 더 밀접한 관련이 있다는 사실을 밝혀냈다. 해당 연구를 기반으로 당뇨병성 망막병증 연구용 칩을 개발하는 데도 성공했다.

당뇨병성 망막병증은 제2형 당뇨병의 대표 합병증으로 국내 실명 원인 1위를 차지한다. 당뇨병 환자의 약 40%에서 발생한다고 알려졌는데 매년 유병률이 30% 가까이 증가할 정도로 하는 등 환자 수가 급증하고 있다. 망막색소상피세포 등으로 구성한 망막 모사체를 제2형 당뇨병 모사 다기관 칩에 연결하는 방식으로 만들어진 모사칩은 실제 당뇨병성 망막병증 환자에게 나타나는 망막의 변화를 재현할 수 있다.

연구팀은 모사칩 개발과정에서 시행한 시행한 선행 연구를 통해 제2형 당뇨병 환자의 내장지방이 당뇨병성 망막병증의 중증도를 심화 시킨다는 사실도 확인했다. 안구의 방수에서 유래한 지방 분비물을 이용해 비만과 제2형 당뇨병의 관계를 규명한 첫 사례다. 제2형 당뇨병 환자의 내장지방 감소가 당뇨병성 망막병증의 치료에 도움을 줄 수 있음을 시사한다.

연구팀은 향후 제2형 당뇨병 분야에서 3D 바이오 프린팅 기술을 활용한 대규모 연구 가능성이 열리면서 관련 질환을 극복하기 위한 연구에 가속도가 붙을 것으로 기대하고 있다.

원 교수는 “만성질환인 제2형 당뇨병은 장기에 심각한 손상을 입히지만 질환을 이해하기 위한 조직별 미세 환경을 재구성 하는 데 어려움이 있었다”며 “합병증, 치료제 개발 등 당뇨병 관련 여러 분야의 연구개발에 큰 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과들은 첨단 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 매터리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 및 분자과학 분야 국제 학술지 ‘인터네셔널 저널 오브 몰레큘러 사이언스(International Journal of Molecular Sciences)’ 최신호에 게재됐다.