구미현 기자 = 국내 연구진이 뇌질환 치료를 위한 혈액과 뇌 장벽의 모델을 개발했다.
UNIST(울산과학기술원)는 바이오메디컬공학과 박태은 교수 연구팀과 POSTECH(포항공과대) 기계공학과 김동성 연구팀이 생체 기저막을 모사한 나노섬유 멤브레인을 활용한 기능성 혈액-뇌 장벽 모델을 개발했다고 15일 밝혔다.
혈액-뇌 장벽(blood-brain barrier; BBB)은 혈관내피세포와 그 주위를 둘러싸 지탱하는 기저막, 별아교세포, 그리고 혈관주위세포로 이루어진 생체 장벽으로 뇌 기능에 필수적인 물질만 출입을 허용해 외부 물질의 침입으로부터 뇌를 보호하는 역할을 한다. 반면 이는 뇌 질환 약물의 통과까지 거의 완벽히 통제하는 금단의 문으로서 약물 전달에 큰 걸림돌이 돼왔다.
현재까지 뇌 질환 치료제 개발을 위해 이러한 장벽을 모사하는 많은 혈액-뇌 장벽 모델이 개발됐다. 하지만 생체의 복잡하고 정교한 기저막 모사의 어려움 때문에 주로 플라스틱 소재의 다공성 막이 사용됐다. 이는 생체의 기저막과 물리적, 구조적으로 큰 차이를 가져 세포에 생체와 같은 환경을 제공해주지 못한다는 한계가 있었다.
연구팀은 개발된 나노섬유 멤브레인에 인간 줄기세포에서 유래한 혈관내피세포, 별아교세포와 혈관주위세포를 공배양하여 인체 혈액-뇌 장벽의 생체 장벽 기능이 모사된 체외 모델을 성공적으로 구축했다. 이는 기존의 플라스틱 소재 다공성 막을 사용한 모델에 비해 약 2배 이상의 높은 물리적 장벽을 갖춤과 동시에 혈액-뇌 장벽의 큰 기능중 하나인 BCRP, MRP와 같은 약물 배출 단백질의 활성을 보였다.
연구팀은 세포가 나노섬유 멤브레인이 모사한 기저막의 물리적, 생화학적 자극에 반응해 향상된 기능을 보임을 검증했다.
또 한국인 사망원인 중 3위에 해당하는 뇌 혈관 질환인 뇌졸중 모델을 개발했다. 일시적으로 산소와 영양분의 공급을 제한함으로써 뇌졸중 환경을 모사했고 이를 통해 혈관의 장벽이 손상되고 혈류의 면역세포가 뇌로 이동하는 뇌졸중의 증상을 재현했다. 또한 뇌졸중 치료제을 투여하였을 때 혈액-뇌 장벽이 기능을 회복하는 양상을 제시했다.
공동 1저자인 최정원, 윤재승 연구원은 “이번에 개발된 나노섬유 멤브레인을 이용한 혈액-뇌 장벽 모델의 높은 기능성은 체외모델 개발에서의 기저막의 물리적, 생화학적 모사의 중요성을 시사한다”며 “이 모델은 뇌질환 관련 약물 개발 또는 평가에 활용할 뿐만 아니라 중추신경계 질환의 메커니즘 연구에 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이 연구는 2022년 12월 23일 ‘바이오머터리얼즈 (Biomaterials)’ 저널에 온라인 게재됐다.
