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사실 둘이 성격이야 열었다. 기다리라 안한건지 쳐다도뇌 오가노이드가 보내는 미세한 전기생리신호를 측정하는 것을 가능케 할 모니터링 시스템이 개발됐다. 오가노이드는 인간 유래 줄기세포를 기반으로 제작된 3차원 형태의 세포 집합체다. 최근에는 동물 실험 모델과 2차원 세포 배양 모델을 대체할 실험 모델로 주목받는다.
다만 뇌와 심장 등 오가노이드는 매우 작은 크기의 전기 신호가 발생해 오가노이드에서 생기는 전기생리신호를 측정하는 것이 매우 어려웠다. 개발된 모니터링 시스템은 이러한 한계를 해소하는 근거가 될 수 있다는 점에서 의미를 갖는다.



(뒷줄 왼쪽부터) 이현주 교수, 손미영 박사, 이미옥 박사 (앞줄 왼쪽부터) 김기업 박사과정, 이영선 박사과정. KAIST 서울중개 제공


KAIST는 전기 및 전자공학부 이현주 교수 연구팀이 한국생명공학연구원의 국가아젠다연구부 손미영 부장 연구팀, 줄기세포융합연구센터 이미옥 박사 연구팀과 공동으로 오가노이드의 비침습적 전기생리 신호 측정을 위한 ‘고신축성 돌출형 미세적국 어레이 플랫폼’을 개발했다고 14일 밝혔다.
월 300만원그간 오가노이드 관련 연구는 유전자 분석을 위주로 진행돼 오가노이드의 기능성 연구는 상대적으로 미비했다. 같은 관점에서 효과적인 약물 평가와 정밀한 생물학 연구를 위해선 오가노이드의 3차원 형태와 상태를 보전하면서, 기능을 실시간으로 모니터링할 수 있는 기술 개발이 요원했다.
특히 전기신호가 발생하는 뇌와 심장 오가노이드의 전기생리 전세자금대출상담 신호 측정은 오가노이드 제작 방식에 따라 크기가 수백 마이크로미터(μm)부터 수 밀리미터(㎜)까지 다양하고 형태가 불규칙해 오가노이드를 파괴하지 않고 외부 표면에 전극을 밀착해 측정하는 것은 매우 어려운 것으로 여겨졌다.
이에 공동연구팀은 오가노이드의 크기와 형태에 맞춰 스스로 늘어나 표면에 밀착할 수 있는 고신축성 돌출형 미세전극 어레이 모집직종 를 개발했다. 또 이를 활용해 오가노이드에서 발생하는 전기생리신호의 변화를 실시간 측정·평가하는 데 성공했다.
공동연구팀은 미소 전자 기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems·MEMS) 공정을 개발해 서펜타인(Serpentine) 구조 기반의 고신축성 미세전극 어레이를 제작, 전기증착 공정으로 돌출형 미세전극 담보가등기 을 제작했다.
돌출형 미세전극은 오가노이드에 전극을 보다 강하게 밀착시켜, 오가노이드에 손상을 가하지 않으면서도 안정적으로 전기생리신호를 측정할 수 있게 한다고 공동연구팀은 설명했다.
이현주 KAIST 교수는 “공동연구팀이 개발한 고신축성 돌출형 미세전극 어레이는 다양한 크기의 오가노이드에 활용할 수 있고, 오가노이드의 상태를 실시간 측정해 평가할 수 있는 장점을 가졌다”며 “이 기술은 신약을 개발할 때 실험동물을 대체하거나 재생 치료제로 사용되는 오가노이드의 품질 평가에 바로 적용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
한편 이번 연구는 산업통상자원부 3D생체조직칩기반신약개발플랫폼구축기술개발사업 및 과학기술정보통신부 국산연구장비기술경쟁력강화사업, 바이오·의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
연구에는 KAIST 전기및전자공학부 김기업 박사과정과 한국생명공학연구원 이영선 박사과정이 제1 저자로 참여했다. 연구결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 지난해 12월 15일 자 온라인에 게재됐다.
대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr