작은 칩 하나로 약물 부작용·급성 신장 손상 잡아낸다

횡문근융해증은 약물 복용으로 근육이 손상되고, 그 영향이 신장 기능 저하와 급성 신부전으로 이어지는 질환이다. 근육과 신장이 인체 내에서 어떻게 서로 영향을 주며 동시에 손상되는지 관찰하기가 쉽지 않았다. 이런 상황에서 국내 연구진이 작은 칩 하나로 장기 간 상호작용을 정밀하게 재현할 수 있는 기술을 개발해 눈길을 끈다.


카이스트 기계공학과, 분당서울대병원 공동 연구팀은 약물로 인한 근육 손상이 신장 손상으로 이어지는 과정을 사람을 대상으로 한 것이 아닌 실험실에서 재현할 수 있는 ‘바이오 미세 유체시스템’을 개발했다고 5일 밝혔다. 미세 유체시스템이란 아주 작은 칩 위에서 인체 장기 환경을 구현한 장치(Lab-on-a-chip)다. 이 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 실렸다.

연구팀은 실제 인체 환경과 유사한 조건을 구현하기 위해 근육 조직과 신장의 핵심 세포인 근위세뇨관 상피세포를 하나의 작은 칩 위에서 연결할 수 있는 구조를 개발했다. 작은 칩 위에 실제 사람의 장기처럼 세포와 조직을 배양하고 서로 영향을 주고받도록 설계했으며, 필요에 따라 장기 조직을 연결하거나 다시 분리할 수 있는 플러그-앤-소켓 방식의 모듈형 미세유체 칩이다. 이번에 개발한 장치는 근육과 신장 조직을 각각 최적의 조건에서 따로 배양한 뒤 실험할 때만 연결해 장기 간 상호작용을 유도할 수 있다. 실험이 끝난 뒤에는 두 조직을 다시 분리해 각각 변화를 독립적으로 분석할 수 있고, 손상된 근육에서 나온 독성 물질이 신장에 미치는 영향을 수치로 확인할 수 있다는 장점이 있다.

연구팀은 이번에 개발한 칩으로 근육 손상을 유발하는 것으로 알려진 고지혈증 치료제인 아토르바스타틴과 중성지방 치료제인 페노피브레이트를 실험에 적용했다. 그 결과, 칩 위 근육 조직에서는 근육이 힘을 내는 능력이 떨어지고 구조가 망가졌으며, 근육 세포 단백질인 미오글로빈과 근육 효소인 CK-MM 등 근육 손상 정도를 보여주는 물질의 수치가 증가하는 등 횡문근융해증의 전형적 변화가 관찰됐다. 또, 신장 조직에서는 정상적으로 살아 있는 세포 수가 감소하고 세포 사멸이 증가했으며 급성 신장손상이 발생할 때 증가하는 지표가 유의미하게 증가했다. 특히 손상된 근육에서 나온 독성 물질이 신장 손상을 단계적으로 더욱 악화시키는 연쇄적인 손상 과정까지 함께 확인됐다.



연구를 이끈 전성윤 카이스트 교수는 “이번 연구는 근육과 신장 사이에서 발생하는 상호작용과 독성 반응을 실제 인체와 유사하게 분석할 수 있게 했다는 점에 의미가 크다”며 “이번 기술을 활용한다면 약물 부작용을 사전에 예측하고, 급성 신장 손상이 발생하는 원인을 밝혀내 개인별 맞춤형 약물 안전성 평가로까지 확장할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

유용하 과학전문기자