[이대호의 암 이야기] 동물실험을 대체할 수 있는 ‘장기 칩’

입력 : ㅣ 수정 : 2018-03-20 02:03

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이대호 서울아산병원 종양내과 교수
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▲ 이대호 서울아산병원 종양내과 교수

‘장기 칩’은 최근 가장 각광받는 바이오 기술 중 하나다. 첩보 영화에 흔히 등장하는 칩은 보통 전자회로가 놓여 있는 작은 기판을 말한다. 그런데 최근에는 전자회로 대신 살아 있는 세포들을 올려놓고 마치 인공장기처럼 만든 칩이 등장했다.

장기 칩은 특정 장기를 구성하는 세포를 배양해 단순히 올려놓은 간단한 도구가 아니다. 해당 장기의 해부학적, 생리학적 특성을 흉내 낼 수 있도록 만들어져 있다. 처음 만들어진 장기 칩은 ‘폐 칩’이다. 자랑스럽게도 한국인 과학자인 허동은 미국 펜실베이니아대 교수가 주도해 개발한 것이다.

허 교수는 칩에 폐와 모세혈관 세포를 배양해 올려놓았다. 폐 세포에는 가느다란 진공펌프를 연결해 마치 폐가 숨쉬는 것처럼 수축과 팽창을 반복하도록 했다. 모세혈관 세포는 혈관과 비슷한 구조로 혈액이 통하도록 만들었다. 실제 폐처럼 산소와 이산화탄소를 교환하고, 영양소를 공급하며 노폐물을 배출하도록 했다.

장기 칩은 어떻게 보면 매우 작은 인공장기라고 할 수 있다. 전자장치와 연결해 정밀한 자료를 수집하고 분석하는 데 도움이 된다. 처음 폐 칩이 만들어진 이후 심장이나 망막 등 다양한 장기를 흉내 낸 장기 칩이 계속 개발되고 있다.


장기 칩을 이용하면 미세 환경에서 세포의 작동기전이나 세포들 사이에서 이뤄지는 상호작용을 연구할 수 있다. 만약 여러 장기 칩을 연결할 수 있다면 우리 몸 전체를 보다 가깝게 흉내 낼 수 있게 되고 장기들 사이에서 이뤄지는 영향도 함께 연구할 수 있다. 정상적 장기뿐만 아니라 기능이 손상되거나 약화된 장기를 이용할 수 있고 ‘암(癌) 모형’도 만들어 낼 수 있다. 이를 통해 치료법 개발에 큰 도움을 주게 된다.

장기 칩은 신약 개발 방법으로도 매우 유용하다. 신약은 효과와 독성을 파악하기 위해 인간에게 쓰기 전 동물실험을 해야 한다. 그러나 인간 몸에서 효과가 있을지, 어떤 부작용이 나올지 예측하기에는 너무 불충분하다. 실제 동물실험에서 효과가 있는 많은 약제들이 임상시험 성공으로 이어지지 않고 동물실험에서 나타나지 않았던 많은 부작용이 임상시험에서 확인된다. 이런 점에서 인체를 가능한 한 가깝게 흉내 낸 장기 칩은 매우 유용하다. 또 시간이나 비용을 크게 줄일 있다. 가장 중요한 점은 동물실험에 따른 윤리적 문제를 극복할 수 있게 해 준다는 것이다.

최근 영국 과학자들은 ‘간 칩’을 이용해 세계 최초로 B형 간염 바이러스가 인간 간세포를 어떻게 감염시키는지, 면역 세포나 다른 세포들이 어떻게 반응하는지 연구해 ‘네이처 커뮤니케이션’에 보고했다. 이런 장기 칩 기술은 아직 초기 단계지만 발전 속도는 매우 빠르다. 지난해는 ‘장(腸) 칩’을 만들어 아스피린 등 다양한 약제 부작용을 예상할 수 있다는 보고가 나오기도 했다. 또 정상 세포가 아닌 암세포 칩을 이용한 연구 결과도 발표됐다. 이미 이전에 폐 칩을 성공적으로 만들었던 연구진이 이번에는 폐 선암 조직이 자라는 ‘폐암 칩’을 만들었다. 흥미롭게도 연구진은 폐 호흡이 암세포 성장과 전이에 영향을 준다는 점을 밝혔다. 이런 연구 결과는 장기 칩이 아니면 밝혀낼 수 없었을 내용이다.

장기 칩 기술은 아직은 초기 단계다. 그렇지만 매우 빠르게 발전하고 있다. 다행스럽게도 많은 국내 과학자들이 장기 칩 연구를 이미 하고 있거나 새롭게 시작하고 있다. 장기 칩을 이용하면 앞으로 더욱 효과적인 신약 항암제도 개발할 수 있을 것이다. 국가적으로도 더 많은 관심과 지원, 투자가 필요한 시점이다.
2018-03-20 29면
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