이 연구는 백선하 서울대병원 교수와 장진아 포스텍 교수 공동 연구팀이 주도했다. 인간 뇌혈관 장벽 3D모델 개발로 앞으로 알츠하이머병 등 난치성 신경퇴행성 질환의 연구와 치료제 개발에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.
뇌혈관 장벽은 뇌를 유해물질로부터 보호하고 필수 영양분과 산소를 공급하는 핵심 방어막이다. 알츠하이머, 파킨슨병, 근위축성 측삭경화증 등 신경퇴행성 질환 환자의 경우 이 장벽이 손상되거나 염증이 발생해 증상이 악화되는 것으로 알려져 있다.
연구팀은 돼지의 뇌와 혈관에서 유래한 ‘탈세포화 세포외기질(CBVdECM1)’을 활용해 뇌혈관 장벽의 특성을 정교하게 재현할 수 있는 3D 바이오잉크를 개발했다.
이어 3D 바이오프린팅 기술로 실제 인간의 뇌혈관 장벽과 유사한 관형 구조를 제작했다. 연구팀이 개발한 모델의 가장 큰 특징은 외부 자극 없이도 세포들이 스스로 이중층 구조를 형성한다는 점이다.
CBVdECM1 바이오잉크에 ‘뇌 미세혈관 내피세포’와 ‘뇌혈관 주위세포’를 혼합해 프린팅한 결과, 내피세포는 혈관 내벽을, 주위 세포는 이를 둘러싸는 층을 형성하며 실제 혈관과 유사한 이중층 구조를 만든 것이 확인됐다.
이 3D 모델로 기존의 2D 모델에서 관찰되지 않던 ‘밀착연결 단백질’의 배열과 조직화 과정을 명확히 재현할 수 있었다. 또 염증을 유발하는 물질인 ‘TNF-α, IL-1β’를 처리한 후 BBB의 투과성과 염증성 반응 변화도 관찰했다.
백 교수는 ”이번 연구는 신경염증의 병리학적 기전을 탐구하고 새로운 치료 전략을 수립할 수 있는 중요한 플랫폼을 개발한 것“이라며 연구의 의의를 전했다.
장 교수는 ”향후 아교세포, 뉴런, 면역세포와 같은 세포를 추가해 더 정밀한 염증 반응 및 투과성 정량화 기술을 개발하고 환자 맞춤형 질환 모델을 확장할 예정“이라고 말했다.
이번 연구는 산업통상자원부, 산업기술평가관리원, 한국연구재단의 지원을 받아 진행됐으며, 국제 학술지인 《바이오머티리얼즈 리서치(Biomaterials Research)》 최근호에 게재됐다.
