우리 대학교·UNIST, 혁신적 약물 테스트 칩 PreD 개발

동물 실험의 한계를 극복한 혁신적인 생체모사칩 개발

 약물 흡착 문제 해결, 비용 절감과 개발 속도 향상 기대

생체재료 분야 최고 학술지 '스몰' 게재

[사진 1. (왼쪽부터) 서정목 교수, 김태영 연구원, UNIST 박태은 교수, 최정원 연구원]

우리 대학교 전기전자공학과 서정목 교수팀과 UNIST 바이오메디컬공학과 박태은 교수팀이 전임상 약물 테스트의 정밀도 향상을 위한 코팅 칩, Precision Drug Testing Organ Chip(PreD chip)을 개발했다. 연구 결과는 생체재료 분야 최상위 학술지인 ‘스몰(Small, IF=13, JCR 상위 7%)’에 7월 2일 게재됐다. 

기존의 동물실험은 동물과 인간 간의 약물 반응 차이로 인해 인간의 반응을 정확히 예측하지 못하는 경우가 많았다. 이에 동물실험을 대체할 수 있는 더욱 정확하고 효율적인 전임상 테스트 모델을 개발하는 데 주목하고 있다.

생체모사칩은 인간 장기를 더 현실적으로 재현해 동물 모델보다 정밀한 테스트가 가능하다. 그러나 기존의 폴리디메틸실록산(PDMS) 기반 생체모사칩은 저분자 약물이 무작위로 흡수되거나 흡착돼 약물 반응 분석의 정확성을 저하시킨다는 문제가 있었다.

[그림 1. PreD칩의 구성과 예상되는 약물 테스트 결과를 묘사한 모식도]

우리 대학교와 UNIST 공동연구팀이 개발한 PreD 칩은 이러한 문제를 해결해 약물 반응 분석의 정확성을 크게 향상시켰다. 이 칩은 PDMS 소재 생체모사칩에 퍼플루오로폴리에테르(PFPE) 윤활제를 코팅해 저분자 약물이 흡착되지 않도록 설계됐다. 기존 기술로는 약물의 30% 이상이 소실되었지만, PreD 칩은 이러한 약물 소실을 거의 완벽하게 방지했다.

[그림 2. (위) PreD 칩으로의 유기용매 및 약물 흡수 정도 실험 (아래) PreD 칩의장벽 모델을 활용한 전임상 환경에서의 약물 독성 테스트]

또한 PreD 칩은 세포외기질(ECM) 코팅된 반투과성 막을 포함해 다세포 배양을 지원함으로써 장기의 미세환경과 기능을 정확히 재현했다. 개발된 PreD 칩을 사용해 인간의 소장 벽과 혈액-뇌 장벽(BBB)을 모방한 약물 독성 및 투과도 테스트를 진행한 결과, 약물 민감도와 정확도가 향상됐다. 

이 기술은 전임상 약물 테스트의 정확성을 높일 뿐만 아니라, 비용 절감과 약물 개발 속도 향상에도 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

서정목 교수는 “PreD 칩의 혁신적인 디자인과 성능은 생체모사칩 기반 전임상 시스템의 중요한 진전”이라며, “PreD 칩으로 도출되는 더 정확한 약물 반응성 데이터는 다양한 질병에 대한 더 효과적인 치료법 개발로 이어질 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다.

김태영 연구원은 “PreD 칩은 최근 FDA의 동물실험 규제 완화와 같은 변화에 부합하며, 인간을 위한 비동물 테스트 모델을 장려하는 방향에 맞춘 기술”이라고 밝혔다. 

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단 중견연구자지원사업, 우수신진연구자지원사업, 전자약기술개발사업 및 치매극복연구개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

논문정보

● 논문 제목: Lubricant-Coated Organ-on-a-Chip for Enhanced Precision in Preclinical Drug Testing

● 논문 주소: https://doi.org/10.1002/smll.202402431