사람의 위 점막 베껴 헬리코박터균 방어한다

UNIST 박태은 교수팀, 미세유체기반 위점막장벽 모사생체칩 개발

헬리코박터균 감염상황 재현 길 열려 ‥ 위암·위장질환 연구 초석

인간의 위점막 시스템을 모사한 생체칩을 개발해 헬리코박터균을 방어하는 길을 국내 연구진이 열었다.

헬리코박터균의 감염 상황을 재현해 위암을 비롯한 각종 위장 질환을 연구하는 초석을 뒀다는 평가를 받고 있다.

UNIST(총장 이용훈)는 바이오메디컬공학과 박태은 교수 연구팀과 서울대학교병원(원장 김영태) 공성호 교수 연구팀이 오가노이드(Organoid)와 생체칩(Organ-on-a-chip) 기술을 접목해 실제 인간의 위점막 보호 기능을 모사한 생체모사칩을 개발했다고 28일 밝혔다.

인간 위 미세생리 시스템(human stomach MPS) 모식도와 위 상피세포 특이적 발현 세포의 확인 개념도.

오가노이드는 줄기세포를 통해 사람의 장기를 구현한 장기유사체다. 기존 배양법보다 특이적 기능을 잘 모사해 동물 실험을 대체할 체외 모델로 주목받고 있다. 하지만 인체의 기계적 자극이나 세포 간 상호작용을 구현할 수 없다는 한계점이 있다.

연구팀은 실제와 유사한 위점막을 구현하고 방어기제 특성을 모사하는 생체칩 개발에 성공했다. 생체칩 내에 미세 유체 흐름을 통해 기계적 자극을 모방하고 세포 간 상호작용의 흐름을 원활하게 만든 것이다.

연구팀에 따르면 유체 흐름에 노출된 중간엽 기질세포가 위 줄기세포의 증식을 활성화하고 분화의 균형을 유지하게 만든다. 궁극적으로 위 점막 장벽을 발달시키는데 필요한 위 점액 분비 세포들의 비율과 성숙도를 생체수준으로 모방하게 된다.

연구팀은 개발한 생체칩에서 기존 모델로는 관찰할 수 없었던 헬리코박터균의 방어기제 중 하나를 발견했다. 위점막펩티드(Trefoil factor 1, TFF1)는 위점막층에 안정성을 부여하고 외부 감염 인자로부터 위 상피세포를 보호한다.

위점막 생체모사칩 내 상피-중간엽 기질 세포 간 상호작용에 따른 위 상피세포의 항상성(줄기세포능-분화능 조절) 유지 및 위점막 장벽 형성 연구도.

헬리코박터 파일로리균 감염 모델로 활용된 인간 위점막 장벽 생체모사칩과 위점막펩티드(TFF1) 발현 패턴 변화 연구도.

연구팀은 위점막펩티드가 집단으로 형성된 헬리코박터균에 모자이크 형태로 발현돼 울타리를 형성함으로써 효율적인 방어시스템을 구축하는 것을 세계 최초로 관찰했다.

반대로 위점막펩티드의 발현을 억제시킨 경우 더 심각한 염증 반응이 일어나는 것을 확인했다.

박태은 바이오메디컬공학과 교수는 “실제 헬리코박터 파일로리균에 감염된 칩에서 상피세포와 면역세포 간의 역동적인 염증 체계 상호작용을 관찰할 수 있는 모델로서 가능성을 제시했다”고 말했다.

윗줄 왼쪽부터 Jonathan Sabat? del R?o 연구원, 강주헌 교수, 아랫줄 왼쪽부터 제1저자 정혜진 연구원, 교신저자 박태은 교수.

제1저자 정혜진 연구원은 “위 점막 장벽 안정성의 종합적 이해를 돕는데 기여할 수 있게 됐고 동물 실험을 대체할 위장 체외 모델 개발의 초석 역할을 할 수 있을 것”이라고 설명했다.

또 “위점막 장벽의 체내 환경을 재현할 수 있는 첫번째 인간 위장관 생체모사칩으로서 위장의 박테리아 및 바이러스와 같은 감염원에 대한 약물 개발과 치료 접근성을 향상시킬 것으로 기대한다”고 했다.

이번 연구 결과는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 기초연구실지원사업 및 우수 신진연구과제로 실시됐으며 와일리(Wiley)에서 출판하는 세계적인 학술지인 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 7월 31일 온라인 공개됐다.

영남취재본부 김용우 기자 kimpro7777@asiae.co.kr