비만 연구 관련 지방조직 체외플랫폼 개발, 비만 관련 질병 규명과 치료제 개발 가능해… Acta Biomaterials 게재

[베리타스알파=정우식 기자] UNIST는 바이오메디컬공학과 박태은 교수팀이 인체 백색지방조직의 생리/병리학적 특징을 모사하는 생체모사칩을 개발했다고 6일 밝혔다. 지방조직은 대부분이 지방세포로 이루어진 체내 결합 조직의 한 종류다. 그 중 백색지방조직은 체내 에너지 저장하고 항상성을 유지하는데 중요한 역할을 하며 지방산이나 호르몬 등 다양한 물질을 분비하는 내분비 기관이다. 이러한 백색지방조직에 과도한 지방의 축적으로 발생하는 비만은 전 세계 사망률 1위인 질환이다. 게다가 비만으로 인해 당뇨병이나 심혈관계 질환과 같은 다양한 합병증을 유발할 수 있으며 일부 암의 발생 및 악화에도 연관이 있다. 

전 세계적으로 비만의 관심이 커지면서 지방조직의 생리/병리학적 특징을 모사할 수 있는 모델이 개발되고 있다. 하지만 기존의 배양법은 단일구 형태의 지방 덩이를 함유하는 지방세포로의 분화와 분화된 세포의 기능성을 유지하는 데 어려움이 있었다. 더 나아가 지방조직의 미세환경을 모방하고 생리/병리학적 특징을 재현하는 데도 한계가 있었다. 연구팀은 비만 지방조직의 생리/병리학적 특징을 모사하는 지방조직 생체모사칩을 성공적으로 개발했다. 개발된 생체모사칩은 지방조직에서 분리한 세포외 기질(ECM; extracellular matrix) 기반 하이드로젤 구조체 안에 지방세포가 3차원으로 배양된 상부 미세채널과 지방 내피세포가 공동배양된 하부 미세채널로 구성됐다. 세포외 기질은 조직에서 여러 세포 사이에 공간을 채우는 3차원 구조를 가지며 세포로부터 분비/축적된 분자로 구성된다. 특히 지방조직의 세포외 기질은 비만화 과정에서 조성과 특성이 역동적으로 변화해 지방세포의 거동을 직/간접적으로 조절한다.

먼저 연구팀은 정상 및 비만 지방조직을 탈세포화 하는 기술을 이용해 세포외 기질로 이루어진 하이드로젤을 만들어냈다. 형성된 하이드로젤은 조직 특유의 생리/병리학적 특징을 보유하여 정상 및 비만 지방조직만의 특수한 미세환경을 정확히 모사할 수 있었다. 또한 배양된 1차 지방세포의 기능을 장기간 유지하는데 도움을 줬다. 연구팀은 각각 비만과 정상 지방조직 생체칩을 제작해 비만 지방 조직내에 혈관 내피세포에서 관찰되는 기능 장애를 재현했다. 비만에 의해 증가된 지방 내 염증 반응은 혈관내피 세포를 활성화시키며 지방내 면역세포의 수를 증가시킨다. 이러한 병리학적 특징은 개발된 비만 지방조직 생체칩에서 약 2배 높은 면역세포 부착을 통해 관찰할 수 있었다.

연구팀은 명확히 밝혀지지 않은 비만과 암의 연관성에 대해서도 연구를 진행했다. 개발된 지방조직 생체칩을 통해 비만 조건에서 암세포의 이동성과 조직에 부착되는 양이 약 2배가량 증가하는 것을 확인했다. 이를 통해 비만 지방조직과 암세포의 직접적인 상호작용을 간단하게 시각화/정량화할 수 있음을 보여줬다. 제1 저자인 윤희정 연구원은 "이번 연구를 통해 비만 지방조직의 미세 환경을 모사했다”며 "생체모사칩을 활용하면 비만 조직으로 인한 혈관내피세포의 활성화, 염증 및 기능 장애 뿐 아니라 다른 세포들과의 상호작용을 관찰할 수 있어 지방과 관련된 다양한 질병 기전을 규명하거나 비만 치료제 개발 등에 이용될 수 있을 것이다”고 전했다. 이번 연구는 지난 1월 29일 생체소재 분야 국제 학술지 '악타 바이오머터리얼리아(Acta Biomaterialia)'에 게재됐다. 

UNIST 바이오메디컬공학과 박태은 교수팀이 인체 백색지방조직의 생리/병리학적 특징을 모사하는 생체모사칩을 개발했다. /사진=UNIST 제공
UNIST 바이오메디컬공학과 박태은 교수팀이 인체 백색지방조직의 생리/병리학적 특징을 모사하는 생체모사칩을 개발했다. /사진=UNIST 제공

 

 
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