혈액-뇌 장벽 칩 디자인 혈액-뇌 장벽 칩은 균의 스크리닝에 적합하도록 눕히거나 세워서 배양할 수 있게 제작됐으며, 많은 수의 칩을 동시에 실험할 수 있도록 디자인됐다. 제작된 칩의 도면 (왼쪽), 실제 사진 (가운데) 및 다수의 칩을 동시에 배양할 수 있는 플랫폼 구축(오른쪽). (그림 제공:연세대 조승우 교수) © 뉴스1

한국연구재단은 연세대 생명공학과 조승우 교수·반용선 교수 연구팀이 혈뇌장벽의 구조와 기능적 특징을 모사한 인공 혈뇌장벽 칩을 설계했다고 15일 밝혔다.

혈뇌장벽(blood-brain barrier)은 우리 몸의 모든 신체활동을 관장하는 장기인 뇌를 포함한 중추신경계를 둘러싸고 있는 선택적 투과막이다. 혈액을 통해 감염될 수 있는 병원체와 해로운 외부 물질의 통과를 차단하는 역할을 한다.

연구팀은 수백㎛ 수준의 미세채널들로 구성한 칩에 뇌혈관과 뇌세포를 모사해 배양하고, 그 사이에 혈뇌장벽을 구현해냈다.

또, 뇌혈관을 모사한 미세채널을 통해 배양액과 함께 주입된 다양한 물질이 혈뇌장벽을 모사한 선택적 투과막을 통과해 뇌세포를 모사한 챔버로 이동하는지 현미경을 이용해 실시간으로 관찰할 수 있도록 했다.그 결과, 분자량이 제각각인 여러 물질이 사이토카인을 처리했을 때만 바이오칩의 투과막을 통과하는 것을 통해 실제 혈뇌장벽처럼 선택적 투과막으로 작동할 수 있음을 검증했다.

뇌수막염 유발 곰팡이의 뇌 조직 친화성 모델링 곰팡이의 뇌 친화성을 확인하기 위해 혈액-뇌 장벽으로 연결된 다중 장기 칩을 제작했다. 주입된 균이 뇌 조직 부분으로만 이동해 침투하는 신경친화성 (neurotropism)을 보이는 것을 확인할 수 있었다.(그림 제공:연세대 조승우 교수) © 뉴스1

연구팀은 더 나아가 바이오칩에 뇌 감염질환을 유발하는 병원성 곰팡이를 주입했을 때 곰팡이가 마치 뇌세포를 찾아가는 것처럼 투과막으로 이동한 후 응집된 형태로 통과하는 현상을 실시간으로 관찰하고, 이에 관여하는 유전자를 알아냈다.
  
그간 곰팡이로 인한 뇌 감염은 알려져 있었지만 적절한 실험모델이 없어 이 곰팡이가 어떻게 뇌에 도달하는지 알지 못했다.

연구팀이 적용한 유전자를 제거한 곰팡이는 혈뇌장벽 모사막을 통과하지 못했는데, 이를 통해 이 곰팡이의 신경친화성의 기전을 규명한 것이다.

이같은 연구결과는 향후 곰팡이성 뇌수막염에 작용할 수 있는 후보물질 발굴이나 혈뇌장벽을 통과할 수 있는 화합물 발굴에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 이번 연구는 의생명공학 분야 국제학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링’ 15일자로 게재됐다.


km5030@news1.kr