postech-School of EECS Convergence

[조동우·장진아 교수팀, 하이브리드 멤브레인 프린팅 기술 이용해 망막색소상피 모델 개발 및 흡연 영향 분석]

흡연이 인체와 눈 건강에 해롭다는 것은 잘 알려진 사실이다. 통계적으로도 흡연자들에게 안구질환 발생 비율이 높다. 하지만 그 인과관계에 대해 명확히 밝혀진 바가 없는데, 최근 POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 연구팀이 ‘인공 눈’을 개발해 흡연이 안구에 미치는 영향을 실험으로 확인했다.

기계공학과 조동우 교수·기계공학과·IT융합공학과 장진아 교수·김종민 박사·통합과정 공정식 씨로 이뤄진 연구팀에서 두 가지의 얇은 막 형태의 안구 세포와 구조체를 하이브리드 멤브레인 프린팅 기술로 프린팅해 ‘혈관-망막-장벽’ 모델을 개발했다. 이 연구는 헬스케어 관련 소재 분야 권위지인 ‘어드밴스드 헬스케어 머터리얼즈(Advanced Healthcare Materials)’에 게재됐다.

망막 색소 상피(RPE)는 혈관-망막-장벽(oBRB)을 형성할 뿐만 아니라 안구 시스템에서 다기능적 역할을 한다. 따라서, RPE의 손실은 시력 손상을 일으켜 심각한 질병을 초래할 수 있다. 하지만 아직 RPE 손상과 관련된 질병을 치료하기 위한 효과적인 방법은 없다.

연구팀에서는 신약 개발에 사용할 수 있을 정도의 기능이 모방된 인공 눈(체외 모델)이 부족하다는 사실에 주목하고, 이를 해결하기 위해 RPE의 기저막 (basement membrane)과 단층(Monolayer) 구조를 제작할 수 있는 하이브리드 멤브레인 프린팅 기술을 개발했다. 또한, 실제 기저막 조직을 기반으로 만들어진 바이오잉크를 사용하여, 지금까지 바이오잉크로는 획득할 수 없었던 RPE의 기능 모사에 성공했다. 이렇게 개발된 ‘인공 눈’은 콜라젠 바이오잉크 기반 모델과 비교했을 때, RPE의 기능들이 더 강하게 발현되어 실제 망막의 기능을 잘 모사하는 것으로 확인됐다.

연구팀은 인공 눈을 흡연, 그중에서도 흡연자가 직접적으로 흡입하는 주류연(mainstream) 환경을 재현, 흡연이 안구에 미치는 영향을 분석했다. 그 결과, 모델에서 산화 스트레스(oxidative stress)를 관찰했으며, 이로 인해 RPE의 기능들이 망가지는 것을 확인했다. 또한, 항산화제를 처리한 모델에서는 미약하지만, 흡연에 의한 손상을 줄여주는 것으로 나타났다.

연구팀은 실험을 통해 흡연이 실제로 안구 조직에 산화 스트레스를 유발해 악영향을 미치며, 항산화제로는 그 영향을 모두 막는 것이 어렵다는 것을 확인했다. 또한, 인공 눈이 실제 인체의 기능을 모사할 수 있어 질환의 영향을 분석할 수 있으며, 약물의 효능 검증에도 사용할 수 있다는 것을 검증했다.

연구를 주도한 조동우 교수는 “하이브리드 멤브레인 프린팅 기술에 환자 샘플을 이용한다면, 환자의 안구 상황을 재현할 수 있는 모델이 될 수 있다”며, “개인 맞춤형 약물 개발 플랫폼으로 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 이 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 범부처 연구사업의 지원으로 수행됐다.