나노섬유 기반 생체 모사 기저막 활용해 모델 구축
울산과학기술원(UNIST)은 포항공과대(POSTECH) 연구팀과 함께 뇌 질환 치료를 위한 혈액-뇌 장벽 모델을 개발했다고 15일 밝혔다.
UNIST에 따르면 바이오메디컬공학과 박태은 교수팀과 POSTECH 기계공학과 김동성 교수팀은 생체 내 기저막을 모사한 나노섬유 멤브레인을 개발했다.
공동연구팀은 나노섬유 멤브레인에 인간 줄기세포에서 유래한 혈관내피세포, 별아교세포, 혈관주위세포를 공배양해 인체 혈액-뇌 장벽 기능이 모사된 체외 모델을 구축했다.
혈액-뇌 장벽은 혈관내피세포와 그 주위를 둘러싸 지탱하는 기저막, 별아교세포, 혈관주위세포로 이뤄진 생체 장벽이다.
뇌 기능에 필수적인 물질만 통과시켜 외부 물질로부터 뇌를 보호하는 역할을 한다.
하지만 약물의 통과까지 거의 완벽히 막아 뇌 질환 치료에 큰 걸림돌이 되어 왔다.
이에 뇌 질환 치료제 개발을 위한 많은 혈액-뇌 장벽 모델이 개발됐으나, 주로 사용된 플라스틱 소재의 다공성 막은 생체 기저막과 물리적, 구조적 차이가 있어 세포에 생체와 같은 환경을 제공해주지 못하는 한계가 있었다.
공동연구팀이 개발한 인공 기저막은 생체 친화적인 소재인 실크피브로인과 폴리카프로락톤으로 만들어진 수십∼수백 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ) 직경의 나노섬유 지지체와 콜라겐 등 기저막 유래 하이드로젤로 구성됐다.
이는 혈액-뇌 장벽의 생체 기저막과 매우 유사한 단백질 조성, 나노섬유 구조, 강성을 지녔다.
공동연구팀이 구축한 모델은 기존 플라스틱 소재 다공성 막을 사용한 모델과 비교해 약 2배 이상 높은 물리적 장벽을 유지했으며, 혈액-뇌 장벽의 큰 기능 중 하나인 BCRP, MRP 등 약물 배출 단백질을 활성화했다.
공동연구팀은 또 혈관의 장벽이 손상되고 혈류의 면역세포가 뇌로 이동하는 뇌졸중 증상을 재현하고, 치료제를 투여했을 때 혈액-뇌 장벽이 기능을 회복하는 양상을 제시했다.
이를 통해 개발한 모델을 뇌 질환 연구와 치료제 평가에 활용할 수 있음을 입증했다.
연구팀은 “이 모델이 뇌 질환 관련 약물 개발·평가뿐만 아니라 중추신경계 질환의 메커니즘 연구에도 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.
연구 결과는 지난해 12월 23일 저널 ‘바이오머티리얼스'(Biomaterials)에 온라인 게재됐다.
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