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장에서 생긴 세균 독소가 혈관을 타고 뇌까지 전달돼 치매를 일으키는 과정을 칩 위에서 재현한 생체 모사 플랫폼이 개발됐다.
성균관대는 조한상 생명물리학과 교수 연구팀이 루크 리 하버드 의과대·버클리캘리포니아대(UC버클리) 교수팀과 공동으로 인간의 장, 혈관, 뇌가 연결된 구조를 칩 위에 재현한 3차원 생체 모사 칩을 개발했다고 10일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 지난 7일 실렸다.
최근 과학계에서는 장내 미생물과 염증이 뇌 기능에 영향을 미친다는 '장-뇌 축 이 오션파라다이스예시 론'이 주목받고 있다. 장내 미생물이 만든 독소나 염증 물질이 뇌 질환을 유발하고 반대로 뇌의 염증이 장 기능을 망가뜨릴 수도 있다는 이론이다.
기존에는 장-뇌 축을 연구할 때 주로 동물 모델을 사용했지만 장과 뇌 사이를 잇는 혈관까지 포함한 복잡한 상호작용을 재현하지 못해 질병이 어떻게 발생하는지 정밀하게 관찰하기 어려웠다.
바다이야기룰연구팀은 미세한 관으로 장, 혈관, 뇌의 영역을 연결한 3차원 칩을 만들었다. 이 칩에는 인간의 장 상피 세포, 미세혈관 구조, 신경세포와 이를 보조하는 성상세포로 이뤄진 뇌 조직이 들어 있다. 연구팀은 칩에서 인체의 순환 구조를 재현했다.
연구팀은 개발한 칩을 활용한 연구에서 장과 뇌 사이의 두 가지 신호 전달 경로를 확인했다. 바다이야기예시 먼저 장에 독소를 주입하자 장벽과 혈관벽이 차례로 무너지며 독소가 뇌까지 침투했다. 이 과정에서 뇌 조직에 염증이 생기고 알츠하이머 치매의 주요 원인 물질인 타우 단백질이 쌓이는 현상이 나타났다. 
반대 경로도 확인됐다. 뇌에 알츠하이머나 파킨슨병 관련 자극을 주자 뇌의 염증 신호가 혈관을 타고 역으로 내려가 장벽 기능을 무너뜨렸다. 뇌 릴게임바다이야기 질환이 장 건강까지 동시에 악화시킬 수 있음을 보여준다.
이번 연구로 개발된 칩은 장-뇌-혈관 축을 겨냥한 신경 및 위장 질환 연구에서 치료 전략을 평가할 수 있는 도구가 될 전망이다. 조한상 교수는 "신약 개발의 효율성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.



오리지널골드몽 왼쪽부터) 교신저자 성균관대 조한상 교수, 제1저자 성균관대 민뜨란 연구원. 성균관대 제공.


[임정우 기자 jjwl@donga.com]