백선하ㆍ장진아 교수, 3D 바이오프린팅 기술 활용 정밀한 BBB 재현
VE-cadherin 배열이 BBB 기능과 신경염증에 미치는 영향 규명
서울대병원은 포스텍(POSTECH) 연구팀과 최근 '인간 뇌슬롯 장벽(Blood-Brain Barrier⦁BBB)'을 정교하게 모사한 3D 모델을 개발했다고 22일 밝혔다.
서울대병원 측은 이 모델이 3D 바이오프린팅 기술을 활용해 기존의 2D 모델보다 더 정밀하게 뇌슬롯 장벽을 재현하며, 신경퇴행성 질환의 연구와 새로운 치료법 개발에 중요한 역할을 할 것이라는 입장이다.
뇌슬롯 장벽은 뇌를 유해 물질로부터 보호하고, 필요한 영양분과 산소를 공급하는 통로로 작용하는데, 알츠하이머, 파킨슨병, 근위축성 측삭경화증(ALS)과 같은 신경퇴행성 질환에서는 뇌슬롯 장벽이 손상되거나 염증이 발생해 질병이 악화된다.
이 문제점에 착안해 서울대병원 백선하 교수와 포스텍 장진아 교수 및 한호현 박사과정 등 연구팀은 'CBVdECM(Cerebrovascular-Specific Extracellular Matrix)'이라는 탈세포화 세포외기질을 활용해 뇌슬롯 장벽을 정밀하게 재현할 수 있는 '3D 바이오잉크'를 개발했다. 이 바이오잉크는 돼지의 뇌와 슬롯에서 유래한 세포외기질로, 뇌슬롯 장벽의 특성을 잘 재현할 수 있다.
연구팀은 새롭게 개발된 3D BBB 모델을 이용해 뇌슬롯 장벽이 염증 물질(TNF-α, IL-1β)과 상호작용할 때의 변화를 관찰했다. 그 결과, 염증 반응이 뇌슬롯 장벽에 영향을 미쳐 신경퇴행성 질환을 악화시키는 중요한 과정을 재현할 수 있었다.
또한, 기존의 2D 모델에서는 관찰되지 않았던 밀착연결 단백질(VE-cadherin)의 배열과 조직화 과정을 3D 모델을 통해 명확히 재현했다.
서울대병원 백선하 신경외과 교수는 "이 3D BBB 모델은 기존의 2D 모델보다 더 정교하고 실제에 가까운 뇌슬롯 장벽을 재현하고 있고, 신경염증이 신경퇴행성 질환에서 어떤 역할을 하는지 더 잘 이해할 수 있게 해준다"며 "이를 통해 신경퇴행성 질환의 기전과 새로운 치료법 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대한다"고 말했다.
포스텍 장진아 교수(기계공학과, 생명공학과, IT융합공학과, 융합대학원)는 "향후 아교세포, 뉴런, 면역세포 등을 추가로 통합해 더 정밀한 염증 반응 및 BBB 투과성 정량화 기술을 개발하고, 환자 맞춤형 질환 모델을 확장할 예정"이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 산업통상자원부, 산업기술평가관리원, 한국연구재단의 지원을 받아 진행됐으며, 국제 학술지인 ‘바이오머티리얼즈 리서치(Biomaterials Research)’ 최근호에 게재됐다.