[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 동물실험을 대신할 수 있는 생체모사장기칩을 개발했다.
한국기초과학지원연구원(KBSI)은 연구장비개발부 김정아 박사 연구팀이 골다공증 약물의 효능을 정확하게 평가·확인할 수 있는 고속 분석용 3차원 뼈모사칩을 개발했다고 14일 밝혔다.
특히 뼈모사칩에서 얻은 대량의 세포이미지를 KBSI가 자체 개발한 인공지능 기술을 활용해 약물의 정확한 효과를 효율적으로 알 수 있는 이미지 판별방법을 세계 최초로 제시했다.
이 모사칩은 뼈의 생리학적인 환경을 모사하고, 인공지능 기반의 첨단 정보기술을 적용해 표적약물의 스크리닝 및 반응 분석을 가능하게 하는 평가 플랫폼을 만든 것으로, 아직 시도되지 않은 분야에 새로운 연구영역을 개척했다는 점에서 의미가 크다.
연구팀은 이번 연구에서 뼈의 구조적, 생리학적 특징을 분석해, 이를 칩 위에 그대로 옮겼다.
뼈세포에서 추출한 세포외기질 물질과 수화젤 형태의 콜라겐 물질인 하이드로젤을 골세포와 함께 배합해 생체적합성은 물론, 뼈세포의 성숙과 특유의 분화능력을 최적화했다.
또 이 두 가지 뼈세포를 수직이 아닌 과학적인 분석이 용이한 수평적 구조로 배치해 실제 뼈와 유사한 구조적인 특징도 함께 모사했다.
이렇게 만들어진 뼈모사칩은 웰 플레이트에 내장될 수 있는 칩 형태로 만들어져 대량 제작에도 유리하며, 이미 상용화된 웰 플레이트 기반의 다양한 분석장비들과도 호환성이 높아, 다각도로 널리 활용될 것으로 전망된다.
특히 약물이 처리된 뼈모사칩으로부터 베타-카테닌 세포내 핵이동 과정을 고속 대량으로 촬영하고, 이를 통해 생산된 대량의 이미지를 딥러닝 기반의 인공지능 알고리즘이 사전에 학습을 하여 얻은 정보를 바탕으로, 골다공증 약물의 효능여부를 정확하고 빠르게 판별할 수 있었다.
골다공증을 유발하는 주요 인자로서, 골형성 저해 단백질인 스클레로스틴의 기능을 억제해 뼈의 생성을 촉진하는 항체의약품을 모델로 약물을 처리한 실험군과 미처리한 대조군을 비교하는 테스트를 진행한 결과, 99.5%의 판별 정확도를 획득했다.
김정아 박사는 “이번 연구는 장기칩을 실제 동물대체시험법으로 활용하는데 꼭 필요한 기술적인 문제들을 극복하기 위해 고속대량 칩 시스템 제작, 생체재료, 이미징, 인공지능 등 다양한 기술을 융합한 것”이라고 설명했다.
