[바이오타임즈] 한 연구팀이 생체모방 칩(organ-on-a-chip) 미세유체 배양 기술을 이용해 최소 5일간 복잡한 인간의 장내 바이크로바이옴과 장 조직을 직접 접촉해 공동 배양하는 방식을 개발했다.
우리 체내 및 체외 미생물의 방대한 집합체인 인간 마이크로바이옴은 인간의 건강과 질병에 큰 영향을 미친다. 특히 미생물의 수가 가장 많은 인간의 내장 박테리아는 영양분을 분해하고 우리의 생존에 중요한 물질을 방출할 뿐만 아니라 감염, 염증성 장질환, 암, 대사질환, 자가면역질환, 신경정신질환 등 많은 질병의 발달에서 큰 역할을 지닌다.
우리가 인간-바이크로바이옴 상호작용에 대해 알고 있는 대부분은 질병 상태와 대변 샘플에서 나온 박테리아 DNA의 유전체 또는 메타 유전자 분석 결과 사이의 상관관계 연구에 기초한다. 인체 외부의 미생물 조직과 장 조직 사이의 직접적인 상호작용을 연구하는 것은 컬처 디쉬에서 배양을 할 경우 공생하는 박테리아가 과잉 성장하여 하루 안에 인간의 세포를 죽이는 경향을 보이기에 매우 큰 도전이기 때문이다. 또한 장의 많은 공생 미생물들은 혐기성이기 때문에 인간 세포를 해칠 수 있을 정도의 매우 낮은 산소 포화도 조건을 필요로 한다.
하버드 대학교의 Wyss Institute for Biological Inspired Engineering 연구팀과 연구소의 설립 책임자인 Donald Ingber는 생체모방 칩 'Organ-on-a-chip'(Organ Chip) 미세유체 배양 기술을 사용하여 이 문제에 대한 해결책을 개발했다. 연구 중 개발된 인간 장 칩은 산소 분압차를 주어 내피와 상피세포에겐 높은 산소 포화도, 공생 박테리아가 다수 존재하는 장내 공간은 낮은 산소 포화도의 조건을 제공한다. 연구진들은 이 기술을 이용해 최소 5일간 복잡한 인간의 장내 바이크로바이옴과 장 조직을 직접 접촉해 공동 배양할 수 있었다. 그들의 ‘무산소 장 칩’은 며칠 동안 인간의 배설물에서와 유사한 미생물 다양성과 인간의 장 조직에 의해 형성된 보호 생리적 장벽을 안정적으로 유지했다. 이 연구는 이번 달 13일 학술지 Nature Biomedical Engineering에 게재되었다.
"지난 10년간 의학의 주요한 패러다임의 변화는 미생물들이 건강과 질병에서 차지하는 거대한 역할을 인식한 것이었습니다. 이 새로운 무산소 장 칩 기술은 이제 매우 통제된 in vitro 실험 조건 하에 세포와 분자 수준에서 임상적으로 관련된 인간의 숙주-미생물 상호작용을 연구할 수 있는 방법을 제공하고 있다"고 Ingber 박사가 말했다.
체외에서 며칠에 걸쳐 인간의 장 조직과 직접 접촉하여 완전한 인간 미생물들의 구성과 변화를 관찰할 수 있게 되면 개인 맞춤형 치료와 약물 테스트의 기회가 열린다. 공동저자인 Francesca Gazzaniga교수는 "동일한 사람의 마이크로바이옴과 특정 부위의 장 조직을 배양함으로써 특정 병원성, 염증성, 전신 질환에 대한 민감성 및 내성과 관련된 연관성을 찾을 수 있다"며 "또한 무산소 장 칩으로 환자에게 직접 투약하기 전에 약물이 인간의 마이크로바이옴에 끼치는 직접적인 영향을 실험할 수 있다"라고 말했다.
[바이오타임즈=안선희 기자] smbio.sunny@gmail.com
