피부모델 마이크로칩 개발

서울대병원 성형외과 최태현, 매이단강오보이(Maierdanjiang Wufuer) 연구원, 고려대 이상훈 교수, 이건희 연구원

많은 동물들이 동물실험으로 연구실에서 희생되고 있다. 특히 유럽에서는 2013년부터 화장품 개발을 위한 동물 사용(in vivo)을 완전히 금지했다.

실험관(In vitro)에서 수요가 급증하고 있지만, 상용화된 피부 제품들뿐만 아니라 논문들 중에서도 하나의 모델에서 표피, 진피, 혈관 구조가 함께 존재하는 현실적 모델은 존재하지 않는다.

이번에 개발한 피부모델 마이크로칩은 1cm정도의 실리콘 위에 인체 세포를 키워 만든 인공 장기이다. 전체적 제작과정은 반도체 만드는 것과 같으며 의학연구용으로 ‘organ on a chip’이라 불리며 최근 유행하고 있다.

기존 실험관 연구는 배양 용기에 2차원적으로 세포를 바닥에 부착해 배양하거나 각 피부층에 해당하는 세포를 순차적으로 겹쳐 3차원적으로 배양했다. 하지만 이 방법은 표피, 진피, 혈관으로 구성된 실제 인체 피부 각 층간 상호작용을 관찰하거나 조절하기 어려웠다.

연구팀은 미세유체 기술, 미세공정(MEMS), 바이오 장기칩(organs on chips) 및 조직공학 기술을 접목해 표피, 진피, 혈관을 포함한 피부 모델 마이크로칩을 제작했다

 

종양 괴사인자(TNF-α)를 이용해 피부 질환의 공통적 원인인 피부 염증을 유도하고 그 때문에 발생되는 사이토카인(IL-1β, IL-6, IL-8)을 단백질 정량화 방법인 PCR, ELISA을 이용해 분석했다.

또한, 정상 상태와 염증상태, 약(dexamethasone)을 투여한 상태의 세포결합(cell junction)을 관측하고 혈관 층에서 액체가 빠져나가는 것을 정량화해 부종(edema)을 모사했다.

화장품 뿐만 아니라 신약개발을 위해서는 독성과 안전성 검사를 위해 동물과 사람을 대상으로 한 임상 시험이 필수적이다. 생체 칩은 이를 대신해 시간과 비용을 대폭 줄일 수 있다. 사람의 모든 장기의 기능을 하나의 칩에 넣는 ‘휴먼온어칩(human on a chip)’은 현재 연구 트렌드다.

이 연구는 skin on a chip으로 피부를 모사해, 신약개발과 동물실험에 사용될 수 있다. 피부모델을 통해 알러지, 염증 및 약물전달 등의 추가실험이 가능하며 연구분야에서 수요가 클 것이다.