화학연, 인공장기 손상없이 지방간 측정 기술 개발

지방간 치료 신약 개발 지원
조직 특정부위 측정·분석 가능

국내 연구진이 지방간 치료 신약의 약효 평가에 활용 가능한 질환 모델 인공장기 및 비파괴 경도 분석 기술을 개발했다.

한국화학연구원은 16일 김현우, 배명애 박사팀이 비알콜성 지방간 질환을 모사한 인공장기 개발과 함께 세포 손상을 최소화하며, 조직의 특정 부위 강도를 정량적으로 측정할 수 있는 나노 탐침 기반 분석 기술을 개발했다고 밝혔다.

왼쪽부터 배명애 화학연 책임연구원(교신저자), 신대섭 연구원(제1저자), 김현우 책임연구원(교신저자). 화학연 제공

비알콜성 지방간은 술을 마시지 않아도 과도한 식사나 운동 부족으로 인해 간세포에 지방이 쌓여 물렁해지면서 시작된다. 콜라겐 같은 섬유성 물질이 과다 생성돼 단단해지는 간경화를 거쳐 간암 등 목숨을 위협하는 질병으로 발전하게 된다.

간 질환 신약 개발은 질환을 모사한 인공장기에 후보 약물을 투입하고, 반응을 측정·분석하는 과정이 반복된다. 기존의 검사 방법은 질환 모델 인공장기의 전체 부위를 파괴될 때까지 누르면서 간 조직의 딱딱한 정도(경도)를 측정했다. 이 때문에 살아있는 상태에서 계속된 측정이 불가능하고, 특정 위치의 경도 정보를 얻을 수도 없었다.

연구팀은 지방간 질환 상태로 만든 인공장기인 '간 오가노이드'가 살아있는 상태로 측정할 수 있는 기술을 개발했다. 나노 단위의 미세한 압력으로 좁은 영역을 선택적으로 누르고 측정값을 분석하는 계산식을 개발, 인공장기를 파괴하지 않고 위치별 경도를 정량 측정할 수 있다.

연구팀은 우선 지방이 쌓인 곳에서 강한 빛이 나오도록 인공장기에 형광염료를 염색해 위치를 먼저 찾았다. 그리고 해당 부위에 '매우 작은 막대기(나노 탐침)로 미세 압력을 가하는 방식'으로 나노 탐침이 인공장기를 누를 때 휘어지는 정도를 측정했다. 측정 결과를 연구팀이 개발한 수학적 계산식으로 분석, 지방 축적에 따른 경도 변화를 영률(Young’s modulus)이라는 정량적 수치로 측정할 수 있다.

나노탐침을 이용한 지방간 질환모델 인공장기의 비파괴 경도 측정 분석 기술. 화학연 제공

기존 방식은 인공장기를 고정시키느라 약품 처리해 죽였던 반면, 이번 나노 탐침 기술은 인공장기가 계속 살아있는 상태를 유지할 수 있는 배양액 내에서 적용이 가능하다. 또 5㎛(마이크로미터) 내외의 얕은 깊이만 누름으로써 간 조직에 손상을 전혀 주지 않는다.

연구팀이 '나노 탐침 경도 측정 기술'을 비알콜성 지방간 모델 오가노이드에 적용한 결과, 형광이 강한 지방 축적 부위의 경도는 형광이 약한 부위에 비해 영률 기준으로 약 35% 물렁한 결과를 보였다. 즉 원하는 부위만 정확히 찾아낸 것이다.

지방 축적 형광 영상을 통해 측정 위치를 찾은 결과, 전체 측정 시간은 무작위 측정 방식과 비교해 절반 이상 단축됐고, 측정 후 간세포 생존율이 97% 이상 유지되는 등 손상도 최소화됐다.

이영국 화학연 원장은 "지방간 신약 개발 시 질환 모델의 변화를 간편하게 분석 가능하다"면서 "간 질환뿐 아니라 다른 질환의 신약 개발 과정에도 널리 응용될 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 지난해 12월 국제 학술지 'ACS 생체재료 과학 및 공학(ACS Biomaterials Science and Engineering(IF: 5.5))'에 게재됐다. 김현우·배영애 화학연 박사가 교신저자로, 신대섭 연구원이 1 저자로 참여했다. (논문명 : Local stiffness Measurement of Hepatic Steatosis Model Liver Organoid by Fluorescence Imaging-Assisted Probe Indentation)

김종화 기자 justin@asiae.co.kr