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왼쪽부터 안진철 석박통합과정생(제1저자), 옥경은 책임연구원(제1저자), 김진아 연구교수(교신저자), 정석 교수(교신저자), 고 이상훈 교수. |
[대학저널 온종림 기자] 고려대학교 기계공학과 정석 교수연구팀이 미세유체칩을 이용, 피부세포와 감각신경세포(DRG neuron)를 3차원으로 연결해 피부에 가해지는 자극을 감지하고 이를 신경계에 전달하는 모델을 개발했다.
이를 통해 공기에서 3차원으로 배양한 피부세포가 실제와 유사한 피부 장벽을 구성하고, 피부 장벽에 도달한 감각신경세포가 다양한 감각점을 만들어내며, 피부에 가해진 자극에 의한 감각이 발현되는 과정에 대한 정량적인 분석을 하나의 플랫폼에서 모두 수행할 수 있음을 밝혔다.
피부의 가장 바깥쪽을 이루고 있는 표피 층은 외부에서 오는 자극들과 병원체로부터 신체 내부를 보호하는 장벽으로써의 역할 뿐만 아니라, 여러 수용체들을 통해 외부 자극이 감각 신경을 통해 중추신경계로 전달될 수 있도록 하는 감각 기관으로서 역할을 수행한다.
사람의 피부를 모사하고 동물 실험을 대체하기 위한 도구로써 인공 피부 모델은 약 30년 넘게 꾸준히 개발돼왔으며, 그중 일부는 상업화에 성공하여 제품으로도 많이 이용되고 있다.
하지만 이들은 높은 완성도에도 불구하고, 피부를 구성하는 기본 세포인 각질 형성 세포나 섬유아세포만을 포함하고 있어 실제 피부의 주요 기능인 감각의 구현과 전달 과정을 분석하기 위한 도구로 사용되지 못하고 있다.
정 교수연구팀은 미세유체칩에서 피부의 표피 장벽을 3차원으로 분화시키는 기술과 신경세포를 3차원으로 성장시키는 기술을 접목하여, 기존의 피부 모델에서 수행할 수 있던 장벽 기능에 대한 평가뿐만 아니라, 피부 자극에 의한 신경세포의 반응을 실시간으로, 정량 분석할 수 있는 모델을 개발했다.
정 교수연구팀은 당뇨병에서 관찰되는 현상인 고혈당증 상황을 미세유체칩 모델에 적용함으로써 표피 층내 감각 신경의 감소, 피부 층의 변화, 그리고 피부 자극에 대한 감각 신경 반응의 증폭 등을 관찰했다. 이는 기존에 보고된 당뇨성 신경병증의 증상이나 고혈당증에 의한 말단 조직의 변화와 유사한 경향을 보였다. 연구진은 해당 연구가 당뇨를 포함한 여러 대사 질환에서 실제 피부나 신경의 병증을 예측하고, 감각의 둔화 등 기존에는 불가능했던 증상들을 개선하는 새로운 치료제의 개발에 도움이 될 것이라고 기대했다.
이번 연구 결과는 3월 17일 세계적 학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다.
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