성균관대, 치매 비밀 풀 ‘장-혈관-뇌 연결’ 생체 칩 개발

[이데일리 김응열 기자] 성균관대는 양자생명물리과학원(IQB) 및 생명물리학과의 조한상 교수 연구팀이 하버드 의과대학과 UC 버클리의 루크 리(Luke P. Lee) 교수팀과 함께 인간의 장, 혈관, 뇌를 하나로 연결한 3차원 미세생체모사 플랫폼(hGBV)을 개발했다고 10일 밝혔다.

(왼쪽부터)성균관대의 조한상 교수(교신저자), 민뜨란 연구원(제1저자). (사진=성균관대)

최근 과학계에서는 장내 미생물과 염증 상태가 뇌 기능에 영향을 미친다는 ‘장-뇌 축(Gut-Brain Axis)’ 이론이 주목받고 있다. 하지만 기존의 실험 모델은 장과 뇌 사이의 복잡한 상호작용과 그 사이를 잇는 혈관 시스템을 충분히 구현하지 못했다. 이로 인해 실제 질병이 발생하는 과정을 정밀 관찰하는 데 한계가 있었다.

조한상 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 미세한 관으로 장, 혈관, 뇌 구획을 연결한 3차원 플랫폼을 구축했다. 이 시스템은 인간의 장 상피 세포, 미세혈관 구조, 그리고 신경세포와 성상세포가 포함된 뇌 조직을 통합해 실제 인체의 순환 시스템을 모사했다.

연구팀은 이 플랫폼을 이용해 장에 세균 독소(LPS 등)를 주입했을 때 장벽과 혈관벽이 차례로 무너지며 독소가 뇌로 침투하는 것을 확인했다. 이 과정에서 뇌 조직 내 신경염증이 발생하고 알츠하이머 치매의 주요 원인 중 하나인 ‘타우(p-tau) 단백질’이 축적되는 현상도 관측했다.

또 뇌 구획에 알츠하이머나 파킨슨병 관련 자극을 주면 뇌의 염증 신호가 역으로 혈관을 타고 내려가 장벽 기능을 망가뜨리는 현상을 발견했다. 이는 뇌 질환이 전신 장벽(혈관, 장)의 건강을 동시에 악화시킬 수 있음을 보여주는 증거다.

조한상 교수는 “이번 연구 성과는 장-뇌-혈관 축을 표적하는 신경·위장 질환 연구에서 치료 전략을 평가할 수 있는 전임상 도구가 될 것”이라며 “동물 실험을 대체하거나 보완해 신약 개발의 효율성을 크게 높일 수 있을 것”이라고 기대했다.