1. 서론
약물의 개발은 많은 시간, 노력, 비용이 소요되지 만, 극히 일부의 약물만이 승인을 받는다. 이러한 높 은 실패율은 이윤 창출에 어려움을 가져오므로 연구 개발의 생산성 및 신약개발을 위한 투자를 방해하 는 요인으로 여겨진다.1 이를 개선하기 위해 약물 개 발 초기 단계에서 많은 실험과 모델링이 이루어진 다. 실험적 측면에서는 일반적으로 동물 기반/세포 기반 실험이 시행된다. 모델링 과정에서는 약력학적 (pharmacokinetics, PK) 모델링과 약동학적(pharma- codynamics, PD) 모델링이 실험 결과를 기반으로 약 물의 효능을 결정하고 예측하기 위해 각각 이용된 다.2 그러나 이 모든 노력에도 불구하고, 약물의 효 능과 독성을 정확히 예측하는데 것은 여전히 어려운 일이다.3
동물 기반 실험은 매우 값비싸며 시간이 많이 들 고, 윤리적인 논쟁을 불러일으킨다. 또한, 인간과 동 물 사이의 이종간 외삽이 어렵다.4 세포 기반 실험에 서 세포는 보통 이차원적인 조건에서 배양된다. 이 러한 이차원 세포 배양 모델은 다루기 쉽고 처리량 이 높다는 면에서 이점을 가지고 있지만, 약물의 독 성과 효능 예측에서 한계를 보여준다. 인체에서 세 포는 삼차원 환경에 있고 다른 세포들 및 세포외 기 질(extracellular matrix (ECM))과 상호작용한다.5, 6 또 한, 영양소와 산소가 계속 공급되고 대사 산물은 제 거된다.7 하지만 기존의 이차원 배양 시스템은 이러 한 생체 내 생리적 기능을 포함하지 못한다. 게다가, 세포와 조직은 인체 내의 다른 장기들과 상호작용 하는 반면, 기존의 세포 기반 실험에 사용되는 모델
은 단 한 개의 장기나 조직에 해당하는 세포를 배양 한다는 점에서 차이가 있다. 약물은 다양한 장기에 서 복잡한 생체 내 변화를 겪기 때문에, 장기간 상호 작용을 재현하는 모델 없이 정확하고 상세한 약물의 메커니즘을 이해하는 것은 어렵다. 그러므로, (1) 생 리학적으로 적절한 삼차원 미세환경을 구현할 수 있 고, (2) 영양소와 산소의 동적 공급을 제공하면서 (3) 복잡한 장기간 상호작용을 재현할 수 있는 새로운 모델 시스템이 요구된다.
최근, 미세공정기술과 미세유체공학이 생물학적 및 화학적 분석 기술의 플랫폼을 제공하고 있다. 이 기술들은 기존의 세포 기반 모델에도 적용되어오고 있다. 미세공정기술은 생체 내 환경과 같은 삼차원 조 직 구조의 구축과 생리적으로 적절한 미세환경의 조 성을 가능케 하며, 미세유체공학은 다양한 장기들 사 이의 상호작용을 위해 모델 간의 연결을 돕는다.8, 9 이 러한 시도는 생체 내와 유사한 환경에서 세포를 배 양할 경우 세포의 대사적 기능성이 더 향상될 수 있 다는 것을 보여주었으며 “장기-온-어-칩” 기술의 발 전으로 이어져 왔다. 추가로, 이 장기-온-어-칩 기 술은 더 확장되어 다중 장기간 상호작용을 구현하기 위한 “다중장기-온-어-칩” 모델을 창조해내었고, 인 체 전신을 모사하는 모델을 제안하였다.10
본고에서는 장기-온-어-칩과 다중장기-온-어- 칩 모델에서의 최근 연구 동향을 요약하였다. 첫째, 약물의 흡수와 물질대사를 시뮬레이션하기 위한 장 과 간 모델을 서술한다. 둘째, 장기간 상호작용 구현 을 목적으로 한 다중장기-온-어-칩 모델들 가운데 장과 간의 상호작용을 모사하는 시스템에 대해 논의
장기-온-어-칩의 개발
양인우, 이한나, 남영주, 이세준, 김애진, 이승환*
한양대학교 바이오나노학과
한다. 마지막으로, 장기-온-어-칩 분야의 미래 연구 방향을 제시하고, 현존하는 모델을 개선하기 위해 풀어야 할 남은 과제를 제안한다.
2. 본론
2.1. 장-온-어-칩
인간의 장은 매우 복잡한 장기로, 다양한 세포와 혈관 및 신경으로 이루어져 있다. 장의 특이점은 장 내 미생물군과 공생을 하며 연동운동으로 알려진 기 계적 움직임이 있다는 것이다. 또한 장은 경구투여 된 약물의 흡수와 대사에 작용하는 역할 때문에 간 과 함께 약물 개발 과정에 중요한 장기이다. 약물은 장벽을 통과하여 흡수 및 대사되고, 간에서 대사된 후 순환계에 진입하는데, 일부 약물은 장벽을 통과 하지 못하여 전신 순환계에 진입하지 못하므로 약물 개발에 있어 중요한 생체 이용률이 떨어지게 된다.
따라서 장을 정확하게 모사하는 것은 약물의 흡수 및 대사 그리고 생체이용률을 판단하는데 있어 매우 중요하다 할 수 있다.
지금까지 다양한 장 모델들이 약물의 흡수와 대 사의 연구를 위해 개발되어왔다. 전통적인 방법은
동물 장 조직을 추출하여 약물의 수송과 대사의 연 구에 이용하는 것이다. 추출된 조직은 체내 환경에 존재하는 모든 종류의 세포와 효소를 포함하고 있지 만, 그 기능과 생존력을 유지하면서 많은 양의 실험 을 수행하기는 어렵다. 따라서 세포주를 이용하여 장 기능을 수행하도록 하였는데, 가장 흔하게 사용 되는 세포주는 Caco-2 세포주로서, 결장암에서 유래 하였다.11 Caco-2 세포주는 보통 트랜스웰의 인서트 내 반투과성 막 위에 배양된다. 널리 쓰이는 모델이 긴 하지만, Caco-2 세포주 역시 많은 단점을 가지고 있는데, 약물의 흡수가 실제 인체와 다르고 주요 대 사 효소와 뮤신 단백질의 발현이 부족하다.12 이러한 단점을 보충하기 위한 시도로는 Caco-2 세포와 뮤신 을 생성하는 배상 세포의 공생 배양과 Caco-2 세포 에 사이토크롬 P-450 (CYP) 대사 효소를 발현하는 유전자의 트랜스펙션이 있다.13, 14 하지만 이러한 시 도에도 불구하고, 세포 기반의 장 모델은 아직도 공 생균과 연동운동의 존재와 같은 장의 많은 주요 기 능을 수행해내지 못하므로 그 생리학적 적절성에 있 어 많은 개선이 필요하다.
이러한 장 모델의 몇몇 한계점을 극복하고 생리
그림 1. (a) 희생 성형과 레이저 가공을 결합하여, 인체 장 융모의 모양을 모사하는 콜라겐 지지체의 제작과정16 (b) 장 내 유체의 흐름과 기계적 변형을 모사하는 장-온-어-칩17
학적 적합성을 개선하기 위해 연구자들은 미세공정 기술과 미세유체 및 생체재료를 결합하여 장-온- 어-칩 시스템 개발을 시도해왔다. 첫째로 장상피의 특이한 특징 중 하나인 융모와 음와로 명명된 독특 한 삼차원 구조를 모사하고자 하였다. 장상피 윰모 의 돌출과 음와의 침입은 흡수 표면적을 넓혀주는 역할뿐만 아니라 장상피 내의 장 세포의 증식과 분 화에도 영향을 미친다. 기존의 Caco-2 세포 모델의 주요 단점 중 하나는 세포의 이차원적 단층 배양으 로 장상피의 실제 흡수 표면적에 근접하는 데에 실 패할 뿐 아니라 약물의 복잡한 공간적 변화도와 주 요 단백질의 발현을 재현하지 못한다는 것이다.15 그 러므로, 인체 내 장상피의 삼차원 구조를 인공적으 로 재현하여 장 세포 기능을 개선하기 위한 시도가 필요했는데, 그 예로 희생 성형과 레이저 가공을 결 합하여, 인체 장 융모의 모양과 밀도를 모방하는 콜 라겐 지지체를 만든 연구를 들 수 있다 (그림 1a).16 이 콜라겐 융모 기질 위에 배양된 Caco-2 세포는 향 상된 장 기능을 보여주었고 기존의 이차원 모델보다 더 인간의 장을 잘 모사하는 것으로 밝혀졌다.
다음으로 장의 특징 중 하나는 소화된 음식 성분 의 움직임을 위한 동적 환경이다. 기존의 이차원 배 양 형식은 세포가 세포 배양 배지에 침지 된 채 정지 된 환경에 위치하게 되므로 이러한 동적 환경을 세 포에 제공하는 데에 한계가 있다. 최근에는 많은 연 구가 동적 환경에서 배양한 Caco-2의 향상된 장 세 포 기능을 보고하고 있다. 예를 들면, Caco-2 세포가 연동운동을 모방하는 기계적 변형에 노출될 경우 융 모와 같은 미세크기의 구조를 자연적으로 형성할 수 있다는 것이다 (그림 1b).17 또한 점액 생산 증가와 향 상된 CYP3A4 약물 대사와 같은 장 관련 기능들이 기 존의 장 세포 배양에 비해 크게 향상되었다는 것을 보여주었다.18 다른 예로 미세 유체 환경에서의 장 세 포의 삼차원 세포배양이 기존의 이차원 배양 형태보 다 장 관련 기능들을 훨씬 더 잘 모방할 수 있다는 것 이 보고되었다.19 이러한 결과들은 유체 전단 변형 또 는 기계적 변형 등의 자극의 존재가 세포의 생리에
영향을 준다는 사실을 말하고 있다. 이를 바탕으로 최근 보고된 시스템들은 유체 전단 변형과 기계적 변형의 결합, 또는 유체 전단 변형과 공생 배양의 결 합, 또는 유체 전단 변형과 삼차원 세포 배양의 결합 처럼 복합적인 미세환경을 구현하기 위한 시도가 계 속되고 있으며 이러한 노력을 통해 생리학적으로 적 절한 모델을 완성한다면 약물 개발 과정에 있어 더 정확한 정보를 제공할 수 있을 것으로 예상된다.
2.2. 간-온-어-칩
간은 대사 및 해독과 관련된 기관이다. 따라서 약 물 개발에 있어서 필요한 약물대사 및 독성의 정확 한 예측을 위해서는 체내 간 기능을 보다 면밀하게 재현할 수 있는 시스템 개발이 필요하다. 간은 다양 한 세포가 서로 상호작용하는 복잡한 미세구조를 가 지고 있다. 그러나 기존의 이차원 세포 배양 시스템 에서는 생체 내 환경을 재현하는데 한계가 있다. 이 러한 한계를 극복하기 위해 간 구조와 환경을 모방 하는 다양한 시스템이 개발되었다. 이러한 시스템은 기존 시스템보다 장점을 보여주기 위해 알부민 및 우레아 생산, CYP 효소 활성과 같은 몇 가지 특정 결 과를 사용했다. 알부민 생산은 단백질 합성의 표지 이고, 우레아 합성은 질소 대사의 표지이다. CYP 효 소 활동은 약물과 같은 독성 물질에 반응하는 간의 해독 능력과 관련이 있다. 지금부터 간의 구조와 특 정 환경의 모사를 통해 기존 시스템보다 정확하게 간의 기능을 모사하는 다양한 시스템을 살펴보고자 한다.
간세포는 위치에 따라 형태와 기능 그리고 대사 활성에 차이를 보인다. 이러한 차이는 산소, 영양소, 호르몬의 분포에 따라 나타는데, 특히 간 소엽의 입 구에서 배출구까지 형성되는 산소 분압의 기울기가 차이의 주요 요인으로 꼽힌다.20 간 소엽의 입구는 글 루타티온의 해독뿐만 아니라 포도당, 알부민, 우레 아의 생합성도 우선적으로 발생하는 고산소 지대이 다. 반대로, 배출구는 글리코겐이 저장되고 CYP 효 소에 의한 해독이 발생하는 저산소 영역이다. 기존
의 단층 배양 시스템은 위치에 따른 간세포의 차이 를 구현하기 위한 적절한 배양 환경을 제공할 수 없 다. 미세유체 시스템의 경우 채널의 유량 및 기하학 을 제어하여 층류를 흐르게 할 수 있다. 확산은 층 류 흐름에서 지배적인 역할을 하기 때문에, 영양소 와 산소와 같은 분자의 정의된 농도 분압을 설정하 는 데 사용될 수 있다.21 따라서 미세유체 시스템 내 의 배양된 세포는 산소 분압의 기울기에 따른 다양 한 조건의 산소에 노출될 수 있고, 이 때 유도된 CYP 의 수준은 산소 분압에 따라 달라지게 되어, 저산소 영역에서 CYP의 최대 유도가 관찰되었다.22 이를 통 해 간의 위치에 따라 다른 CYP 분포를 재현할 수 있 는 가능성을 보여주었다.
간에서는 간동맥의 혈액과 간문맥의 혈액이 동양 혈관(sinusoid)에서 섞여 중심정맥을 통해 흘러나온 다. 동양혈관은 간세포줄(hepatic cord), 동양혈관 내 피 세포(sinusoidal endothelial cells) 및 기타 세포로 구성되어 있다. 이들 세포의 삼차원 구조와 공간 구 성을 재현하면 세포의 기능을 개선할 수 있을 것으 로 추측되어 여러 연구에서 미세공정기술을 사용하 여 간동양혈관 구조를 모방하려고 시도했다. 예를 들어, Lee 등은 세포 배양 영역, 동양혈관 내피를 모 사한 장벽 및 영양 전달 경로로 구성된 미세 유체 소 자를 개발했다.23 내피를 모사한 장벽은 좁은 간격의
채널로 구성되어(폭 2 µm, 높이 1 µm, 길이 30 µm), 확산 중심의 배지 이송을 통해 영양분을 세포에 공 급할 수 있었다. Toh 외 다수는 삼차원 형태의 세포 와 기질 상호작용을 이용하여 Lee의 설계를 개선하 였다.24 Goral 등은 미세 패턴의 구조로 세포 배양 영 역의 바닥을 설계하여 세포배양 영역의 삼면이 배양 배지로 둘러싸일 수 있도록 설계하였고, 이를 통해 세포배양 영역의 측면과 바닥에서 영양분을 공급할 수 있었다 (그림 2a).25 이 시스템에서 간세포는 높은 생존성과 세포외 기질 또는 응고제를 사용하지 않고 도 세포-세포 상호작용을 향상시키는 것을 보여주 었다. 이러한 결과는 삼차원 조직과 유사한 구조의 형성이 미세유체 시스템에 의해 더욱 밀접하게 재현 될 수 있으며, 이것이 간세포 기능의 유지에 유용하 다는 것을 의미한다.
또한 간은 실질조직 세포(parenchymal cell)인 간 세포와 비실질 조직세포(non-parenchymal cell)인 동 양혈관 내피세포(sinusoidal endothelial cells), 간성상 세포(stellate cells), 쿠퍼세포(Kupffer cells) 로 구성된 다. 세포 성장, 세포 기능, 동양혈관의 동질성을 위해 서는 실질조직 세포와 비실질 세포 사이의 커뮤니케 이션이 중요하기 때문에, 간 미세 환경을 밀접하게 모방하기 위해 여러 연구가 간세포와 비실질세포를 공동 배양하려고 시도했다. Prodanov 등은 인간 유
그림 2. (a) 동양혈관의 구조를 모사하는 간-온-어-칩25 (b) 비실질세포의 공배양을 위한 간-온-어-칩26
래의 1차 간세포(primary hepatocytes)와 비실질 조직 세포의 칩 내 공동 배양을 제안했다 (그림 2b).26 내피 세포(EA.hy926), 면역 세포(U937), 성상 세포(LX-2) 가 사용되었는데, 다공성 막을 기준으로 아래쪽에는 간세포와 콜라겐 겔과 혼합된 성상세포가 배양되었 고 위쪽에는 혈관 내피 세포와 면역세포가 배양되었 다. 세포 배양 배지를 흘리며서 배양을 진행했을 때 세포 생존은 28일 동안 유지되었고 배지가 흐르지 않는 정적 조건의 세포에 비해 알부민 및 우레아 생 성량이 더 높게 관찰되었다. 이러한 결과는 간세포 와 비실질 세포의 공동 배양으로 다양한 간 기능의 장기적이고 안정적인 수준을 유지할 수 있다는 것을 보여준다. Shuler 그룹은 간세포와 비실질 조직 세포 가 배양되는 간세포 배양에 중력 구동 유체 흐름 시 스템을 적용했다.27 시스템의 양쪽에 위치한 배지 저 장소의 높이를 주기적으로 변화시켜 수두차에 의한 유체의 흐름을 유도하여 유체와 조직의 비를 인체 와 유사하게 구현하였는데 이러한 연구는 간을 모사 하는데 있어서 흐름 조건에서의 공동 배양 시스템의 잠재적 이점을 입증했다.
우리는 산소 분압의 기울기, 간 구조의 재구성 및 비실질 세포와의 공동 배양 효과를 기반으로 한 간 모델 시스템을 요약했다. 이러한 시스템을 비교했 을 때, 유동 조건 하에서 비실질 세포와 함께 간세포 의 공동 배양은 간세포의 생존성과 기능성을 유지하 기 위한 최상의 성능을 보여주었다. 이러한 조건 외 에도 산소 분압, 간 구조 재구성 등 다른 모델은 이차 원 기존 세포 배양 시스템과 비교해 간 기능 향상에 긍정적인 결과를 보였다. 따라서 이러한 요인들의 조합은 간 시스템의 설계에 있어 고려해야하며 최적 화된 조건의 결정은 생리학적으로 적절한 간 모델의 개발에 중요하다.
2.3. 장-간 상호 작용의 재현
인체는 서로 다른 장기로 구성되어 있으며, 복잡 한 기능을 수행하기 위해 서로 협력한다. 따라서 다 중 장기 모델의 개발을 통해 장기간 상호 작용을 재
현하는 것은 신약 개발뿐만 아니라 인체를 이해하는 데 중요하다. 기존의 세포 기반 모델은 일반적으로 하나의 장기에 해당하는 단일 세포를 배양하므로 복 잡한 상호작용을 재현하는데 한계가 있다. 미세유체 공학과 미세공정기술을 사용하는 장기-온-어-칩 기 술은 이러한 복잡한 상호작용을 재현하기 위한 이상 적인 시스템이다. 여기서, 우리는 여러 장기들 간의 상호작용을 모사하는 다중장기-온-어-칩 가운데 장 과 간의 상호작용을 모사한 몇 가지 사례와 접근 방 식을 설명한다.
음식이나 약물은 장을 통해 흡수되고 혈액을 통 해 간으로 전달되며 대사효소에 의해 간에서 대사 된 후 순환계를 통해 전신으로 순환된다. 이 때 발생 하는 장과 간의 상호작용을 초회통과대사(first-pass metabolism)라 한다. 이를 재현하기 위해 전통적으 로 트렌스웰을 이용한 장 및 간 세포의 공동 배양을 수행하였다. 그러나 실제 인체에서는 역동적인 환경 에서 순차적으로 흡수 및 대사가 이루어지기 때문에 장-간 상호작용을 제대로 재현하지 못한다. 이러한 한계를 극복하기 위해 많은 연구 그룹들은 미세 유 체 시스템을 사용할 것을 제안했다. 즉, 장과 간을 모 사하는 챔버가 마이크로칩 상에서 유체 네트워크를 통해 연결되며, 첫 번째 챔버인 장을 통과한 물질이 간으로 전달되도록 설계되어, 장의 존재가 간의 대 사에 미치는 영향에 대한 연구를 가능하게 한다. 또 한, 미세유체 시스템에 다른 장기에 해당하는 챔버 를 추가하여 장과 간의 대사산물이 다른 조직에 미 치는 영향에 대한 연구를 가능하게 한다.
장-간 미세유체계의 주목할 만한 몇 가지 예를 살 펴보면 다음과 같다. Shuler 그룹은 다중장기 칩 시 스템 분야에서 몇 가지 선구적인 결과를 발표했는 데 마이크로 스케일 세포 배양 아날로그(µCCA) 기 반의 연구가 그것이다.28, 29 Caco-2 세포는 다공성 막 에 배양되었고 폐, 간, 그리고 다른 조직을 포함하 는 µCCA를 Caco-2가 배양된 다공성 막과 연결하였 다. 간 챔버에서는 HepG2/C3A세포가 그리고 폐 챔 버에서는 L2 세포가 배양되았디. 약물대사를 관찰하
기 위해 아세트아미노펜이 Caco-2의 상단 챔버로 유 입되면 Caco-2 세포층을 통해 흡수되어 µCCA로 전 달되었다. 그리고 간 세포 구획에서 대사된 후, 대사 물은 폐 부분으로 흘러가 폐세포에 영향을 주었다.
그 결과 아세트아미노펜의 흡수와 대사 그리고 폐세 포에 대한 영향을 기존의 배양시스템에 비해 인체에 가깝게 재현해 내었다. 또한 이러한 시스템을 활용 하여 나노파티클의 독성에 대한 연구도 진행하였다 (그림 3a).29
최근에는 유체 대 조직 비율을 밀접하게 모방하 기 위해 외부 펌프를 마이크로칩 내에 집적하거나 펌프 없이 수두차에 의한 유체의 흐름을 유도하는 시도가 많이 진행되고 있다 (그림 3b).30 펌프를 시스 템에 통합하거나 펌프가 없는 시스템을 개발하면 정 확한 유체 대 조직 비율의 재현을 통해 장-간 상호
작용에 대한 보다 정확한 정보를 제공하고 미세유체 칩의 작동을 단순화할 수 있다. 이들 연구는 장-간 상호작용과 초회통과대사를 미세유체에 의해 재현 할 수 있으며 약물이 다른 조직과 암세포에 미치는 영향에 대한 시험과 예측에 적용할 수 있다는 것을 보여준다.
3. 결론 및 제안
장기-온-어-칩의 개념이 소개된 이후로, 수많은 사례를 통해 장기-온-어-칩이 생체 내 조직을 이전 보다 더 면밀히 모사할 수 있다는 것이 입증되어왔 고, 이 개념이 확장되어 다중장기-온-어-칩과 전신 모델의 개발로 이어져 왔다. 장기-온-어-칩 시스템 이 지금껏 발전된 생체 외 모델 시스템으로서의 여 러 가능성을 보여주었음에도 불구하고, 장기-온-
그림 3. (a) 장-간의 초회대사를 모사하는 마이크로 스케일 세포 배양 아날로그(μCCA) 시스템29 (b) 펌프 없이 수두차에 의한 유체의 흐 름을 유도하는 장-간 칩30
어-칩과 다중장기-온-어-칩 기술은 극복해야 할 수 많은 과제가 아직 남아있다.
첫째, 다양한 셀형을 지원하기 위해서는 범용 혈 액 대체재가 필요하다.31 기존에 개발된 다중 장기 모 델은 세포 배양 배지를 혈액 대체재로 사용해왔다.
그러나, 하나의 장기를 구성하는 다른 세포 유형들 은 각기 다른 세포 배양 배지를 요구한다. 특정한 세 포주에 맞추어 최적화된 현존 세포 배양 배지의 적 용은 다수의 장기 간 상호작용의 구현에 있어 걸림 돌이 되고 있다. 그러므로, 범용 세포 배양 배지의 개 발은 매우 필요하다.
둘째, 인간에게서 비롯된 세포의 사용이 필요하 다. 세포주가 그 안정성으로 인해 많은 장기 칩 시스 템에서 사용되어왔지만, 일차 세포와 비교하였을 때 기능적인 차이를 보여준다.6 세포주의 한계점을 극 복하기 위해, 일차 세포 및 인간 다분화능 줄기세포 (Human induced pluripotent stem cells (hiPSCs))의 사 용은 더 적절한 장기 모델을 제공할 수 있고, 이러한 맞춤형 모델은 질병의 정확한 예측과 치료를 제공 할 수 있다.32
셋째, 다중장기 모델의 설계에 있어 스케일링의 문제가 고려되어야만 한다. 최근 다중장기 시스템을 이용한 수많은 연구가 약물 독성 실험과 질병 연구 분야에서 보고되고 있고 많은 시스템이 실험적 결과 를 생체 내 시스템과 비교 분석하려고 시도했지만, 대부분의 시스템이 각 장기의 상대적인 크기와 유동 률을 고려하지 않은 채 설계되어왔다. 이러한 한계 점은 생체 내 시스템과 비교했을 때 각 장기 부분이 균형을 맞추지 못하고 서로 다른 환경에 노출되기 때문에 결과의 오류를 야기할 수 있다. 그러므로, 이 러한 스케일링 문제를 해결하여 생리적으로 적절한 시스템을 개발한다면 약물의 효과와 장기 간 상호작 용을 구현하는 데에 유용하게 쓰일 수 있다.
마지막으로, 장기 칩 시스템에는 실시간 모니터 링 시스템이 필요하다. 장기 모델의 실험 결과를 분 석하기 위해서는 많은 양의 샘플이 칩으로부터 수 집되어야 하는데, 이 과정은 칩의 구동을 방해할 수
있고 다양한 대사 물질의 농도 변화를 야기할 수 있 다.33 따라서 감지 시스템이 장기 칩과 통합되어 결합 된다면 장기 모델의 상황을 오랜 기간에 걸쳐 자동 으로 모니터할 수 있다.
본고에서는 장과 간을 따로 또 같이 모방하고자 하는 목적을 가진 장기-온-어-칩 시스템을 소개하 였다. 미세유체공학과 세포 배양 모델을 결합하여 인체 장기 조직과 유사한 모델을 창조해 그 우수성 을 입증하였다. 특히, 다수의 장기를 연결할 수 있는 가능성은 우리가 결국 현존하는 동물 모델을 잠재적 으로 대체하거나 적어도 보완할 수 있는 전신 모델 을 창조할 수 있게 될 것을 시사하고 있다. 이 분야 에 많은 과제들이 남아있지만, 이러한 과학적, 공학 적 노력은 약물 대사에 대한 더 구체적인 정보를 제 공하고 약물 개발의 후기 단계에서의 실패율을 줄일 수 있을 것이며 나아가 질병의 발전과 진행을 이해 하는 데에 도움을 주어 의료 진단과 맞춤형 치료의 실현에 기여할 것으로 생각된다.
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