줄기세포 유래 물질 배양해 '혈액-뇌 장벽' 모사 모델 구현
뇌졸중 치료에 효과적인 열쇠 될 것
생체조직의 복잡한 경계막을 모사한 기능성 모델이 개발돼 앞으로 중추신경계 질환 연구에 활용될 전망이다.
UNIST(울산과학기술원)는 15일 '내외방송'에 보낸 자료에서 "박태은 바이오메디컬공학과 교수 연구팀과 김동성 POSTECH 기계공학과 교수 연구팀이 생체 기저막(생체 결합조직의 경계막)을 모사해 나노섬유 멤브레인(얇은 막)을 활용한 '기능성 혈액-뇌 장벽 모델'을 개발했다"고 밝혔다.
혈액-뇌 장벽은 혈관내피세포와 기저막, 별아교세포(신경 조직 영양 공급 및 손상된 조직 재생)와 혈관주위세포로 이뤄진 생체 장벽으로 뇌 기능에 필수적인 물질만 출입을 허용해 외부 물질의 침입으로부터 뇌를 보호한다.
뇌 질환 치료제 개발을 위해서 복잡한 기저막 모사가 필요했는데, 지금까지는 주로 플라스틱 소재 활용을 통해 이뤄졌다. 이는 오히려 다방면에서 큰 차이가 생겨 생체와 비슷한 환경을 구현하지 못한다는 한계점을 만들었다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 '나노섬유 멤브레인'을 개발했다.
이 인공 기저막은 생체친화적 소재인 '실크피브로인'과 '폴리카프로락톤', 매우 작은 크기의 나노섬유 지지체와 콜라겐, 하이드로젤 등 기저막 유래 성분으로 구성됐다.
뿐만 아니라 혈액-뇌 장벽의 기저막처럼 얇은 3D 섬유 구조여서 플라스틱을 활용한 인공 막에 비해 100만배 낮은 기계적 강성(기계적인 탄성력 등으로 변형이 생김)을 띤다.
더 나아가 연구팀은 개발된 나노섬유 멤브레인에 인간 줄기세포 유래 물질(혈관내피세포, 별아교세포, 혈관주의세포)를 공배양(함께 배양)해 혈액-뇌 장벽의 기능이 모사된 모델을 성공적으로 구축할 수 있었다.
이 모델을 한국인 사망원인 3위인 뇌졸중에 적용했다.
산소와 영양분 공급을 제한해 혈관 장벽이 손상되고, 혈류의 면역세포가 뇌로 이동하는 뇌졸중 환경을 재현했으며 치료제를 투여하면 혈액-뇌 장벽 기능이 회복된다는 것도 확인했다.
공동 제1저자인 최정원, 윤재승 연구원은 "이 모델은 뇌 질환 관련 약물 개발과 평가뿐만 아니라 중추신경계 질환 연구에도 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.
한편, 이 연구는 국제학술지인 '바이오머터리얼즈(Biomaterials)'에 최근 온라인 게재됐다(논문명: Human iPS-derived Blood-Brain Barrier Model Exhibiting Enhanced Barrier Properties Empowered by Engineered Basement Membrane).
