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성과명인간 뇌 모사한 혈관-뇌 장벽 칩 개발

Triculture Model of In Vitro BBB and its Application to Study BBB-Associated Chemosensitivity and Drug Delivery in Glioblastoma(Advanced Functional Materials (IF: 18.808, 2020년 기준))

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지원사업
중견연구사업
지원 기관
과학기술정보통신부
연구 기관
한국과학기술원, 서울대학교
연구자
김홍남, 최낙원, 이강원, 나승열, 서수영
발표일
2021-11-05
조회수
91

인간 뇌 모사한 혈관-뇌 장벽 칩 개발


-뇌종양 치료제 개발 및 효능 검사를 위한 체외 플랫폼 개발-



개요

김홍남, 최낙원 박사(한국과학기술연구원), 이강원 교수(서울대학교) 공동 연구팀이 건국대학교 나승열 교수와 협력하여 혈관-뇌 장벽을 모사한 체외 플랫폼을 선보였다고 밝혔다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 기능성 재료 분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 (Advanced functional materials)에 11월 5일 온라인 게재되었다.


연구 내용

하이드로겔 내에 뇌-혈관 장벽을 구성하는 3종류의 주요 세포(사람 유래의 혈관세포, 혈관주위세포, 성상교세포)들을 3차원 상으로 공배양 하여 체외 뇌-혈관 장벽 플랫폼을 개발하였고 실제 혈관-뇌 장벽의 기능이 구현된 플랫폼에 3차원으로 배양된 뇌 암 스페로이드를 함께 배양하여 뇌 암 모델로 활용하였다. 기존에 개발된 체외 뇌 암 모델의 경우, 뇌혈관의 특이적인 기능을 함께 모사하지 않았다는 한계점을 가지고 있었지만 이번에 개발한 플랫폼에서는, 뇌혈관의 특이적인 기능인 혈관-뇌 장벽을 포함한 뇌 암 미세환경을 모사하여 기존 모델의 한계점을 극복하고자 하였다.
이번에 개발된 플랫폼에서는 공배양 환경에서 배양된 뇌 암 세포만을 독립적으로 추출하여 유전자 발현 등의 분석이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그 결과, 뇌 암 환경에서 염증 사이토카인의 분비가 증가하고, 혈관의 투과도가 증가하는 등 혈관에 구조적 기능적 변화가 발생하였다. 뿐만 아니라 혈관-뇌 장벽 칩 환경에서 배양된 뇌 암 세포의 경우 주변 조직으로 침윤하는 특성과 항암제에 대한 저항성을 보였으며, 유전자 발현 분석을 통해 뇌 암 세포의 침윤 및 약물 저항성 기전을 밝힐 수 있었다. 혈관-뇌 장벽 개방물질인 진토닌과 만니톨을 이용하여 뇌-혈관 장벽을 일시적으로 개방하였을 때, 뇌-혈관 장벽 비투과성 항암제의 전달 효과가 증대되는 것을 확인할 수 있었다.


기대 효과

환자 유래의 뇌 암 세포를 이용하여 환자의 약물 저항성을 확인하고, 맞춤형 약물 후보군 발굴 등에 이용될 수 있을 것으로 기대된다.


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