아토피 치료제 효능 확인 등에 활용할 수 있는 3차원 인공 피부 모델이 개발됐다. 게티이미지


아토피 피부염 환자 피부의 세포와 신경, 면역반응 같은 특성을 유사하게 재현해 정밀의료 연구에 활용 가능한 ‘3차원 인공 피부 모델’이 개발됐다.
연세대 의과대학 의생명과학부 김락균 교수, 인천대 생명공학부 박경민 교수, 고려대 의과대학 최정민 교수 공동 연구팀은 이 같은 내용의 연구 개발 결과를 바이오소재 분야 국제학술지 ‘바이오액티브 머티리얼즈(Bioactive Materials)’에 게재했다고 19일 밝혔다. 연구진은 이 인공 피부 릴게임갓 모델을 환자별 맞춤형 신약 개발 및 효능 평가 등에 적용할 수 있을 것이라고 밝혔다.
기존의 아토피 피부염 연구는 주로 2차원 세포 배양이나 동물실험을 통해 진행됐다. 하지만 이 경우 구조세포와 면역세포의 상호작용이나 특유의 저산소 환경 등 실제 환자의 피부 조직에서 나타나는 복잡한 병태생리를 반영하지 못해 약물 반응을 정확히 예측하는 야마토게임장 데 한계가 있었다. 특히 가려움은 단순한 염증반응이 아니라 피부 구조세포와 면역반응, 감각신경이 엮여 나타나는 복합 증상이어서 이런 다양한 피부 환경의 특성을 함께 연구할 수 있는 실험 플랫폼이 필요했다.
연구진은 이 문제를 풀기 위해 먼저 아토피 환자의 피부 조직을 세포 단위에서 분석하는 ‘단일세포 RNA 시퀀싱’을 거쳐 가려움 유발 인 릴게임방법 자를 과도하게 발현하는 특정 섬유아세포(COL6A5+)의 세부 유형을 찾아냈다. 이 세포들은 감각신경과 상호작용하며 만성적인 가려움증을 유발할 가능성이 높게 나타났다. 연구진은 이어서 젤라틴 기반의 특수 하이드로젤을 이용해 이 세포들이 생존할 수 있는 3차원 구조체를 제작했다. 이 구조체는 산소 확산을 정밀하게 제어할 수 있어 환자의 병변에서 나타나는 것과 바다이야기합법 비슷한 저산소 상태로 만들 수 있게 설계됐다. 이 모델에 최종적으로 아토피 피부염의 핵심 면역 자극 인자를 적용해 실제 질환과 유사한 염증·저산소 미세환경을 재현했다.
개발된 인공 피부 모델의 성능을 분석한 결과, 저산소 환경에 노출된 세포들은 가려움 관련 인자를 급격히 내뿜는 양상을 보였다. 또한 함께 배양된 감각 신경세포를 활성화하는 바다이야기슬롯 과정 역시 실시간으로 확인됐다. 아토피 피부염의 핵심 증상인 가려움증이 피부 구조와 면역체계, 신경계의 복합적인 상호작용에 따라 발생하는 일련의 과정을 실험적으로 증명한 결과다. 성능 검증은 단일세포전사체·실시간 칼슘 이미징을 활용해 진행됐다.
연구진은 환자의 유전체 빅데이터를 기반으로 모델을 설계해 실제 환자들이 가려움을 느끼는 피부 환경의 재현 정도를 높이고 동물실험 의존도를 낮춰 인간 질환의 특성을 정확히 반영할 수 있게 됐다고 밝혔다. 김락균 교수는 “환자별 맞춤형 치료전략 수립에 활용될 수 있어 임상 현장의 치료 패러다임을 바꿀 기술적 토대가 될 것”이라며 “아토피뿐만 아니라 만성 염증성 피부질환 전반의 치료전략 수립에도 활용할 수 있도록 연구를 이어가겠다”고 말했다.
김태훈 기자 anarq@kyunghyang.com