심장 마비, 뇌졸중, 고혈압과 같은 심혈관 질환은 전 세계적으로 주요한 사망 원인으로 꼽힌다. 최근 국내 연구진이 줄기세포로 인공 심장을 만들고 여러 정보를 실시간으로 측정하는 데 성공했다. 각종 심혈관 질환의 치료를 위한 약물 테스트나 질병 모델을 위한 플랫폼으로 사용될 전망이다.
박윤석 경희대 정보전자신소재공학과 교수 연구진은 인공 심장의 심혈관 정보를 실시간으로 측정하는 3차원 바이오 센서를 개발했다고 13일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 지난 11일 게재됐다.
실제 조직과 유사한 미니 장기인 ‘오가노이드(Organoid)’는 질환 모델이나 치료제 개발에 사용된다. 그중 인공 심장은 인간의 심장과 비슷하게 규칙적이고 자발적인 수축과 이완을 보인다. 심장 근육을 통과하는 전류의 흐름도 관찰할 수 있어 심혈관 질환의 모델로 쓰인다.
하지만 기존의 인공 심장은 2차원 형태의 막대 형태로 배양돼 3차원인 실제 심장의 움직임을 구현하지 못했다. 또 심장 조직의 심전도를 측정하는 센서를 부착하기 어려워 분석에 한계도 있었다.
연구진은 유도만능줄기세포(iPSC)를 이용해 심장의 단면과 비슷한 고리 형태의 인공 심장을 배양했다. 유도만능줄기세포는 피부세포처럼 다 자란 일반 세포에 특정 유전자를 넣어 수정란에 있는 줄기세포와 같은 원시세포로 만든 것이다. 개발한 인공 심장에는 다양한 센서를 부착해 인공 심장에서 발생하는 전기적, 기계적 신호를 동시에 측정할 수 있도록 했다.
실험 결과, 유도만능줄기세포를 활용해 배양한 인공 심장의 심전도나 심장 박동 운동을 측정할 수 있었다. 연구진은 “이 방법을 활용하면 다양한 심혈관 질환 모델을 분석할 수 있다”며 “분석 결과를 참고해 전기나 약물 자극을 이용하는 새로운 치료법을 개발할 수도 있다”고 설명했다.
박윤석 교수는 “3차원 바이오 센서 플랫폼을 개발해 다양한 질환의 치료법 개발에 도움을 줄 수 있도록 노력할 것”이라고 덧붙였다.
이번 연구는 소프트 일렉트로닉스 분야를 선도하는 존 로저스(John Rogers) 미국 노스웨스턴대 교수와 엘리자베스 맥낼리(Elizabeth McNally) 노스웨스턴대 의대 교수, 오세용 한양대 교수와 협업으로 진행됐다.
참고 자료
Science Advances(2024), DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.ado7089