현재까지 뇌 질환 치료제 개발을 위해 이러한 장벽을 모사하는 많은 혈액·뇌 장벽 모델이 개발됐다. 하지만 생체의 복잡하고 정교한 기저막 모사의 어려움 때문에 주로 플라스틱(PETE, PC, PDMS) 소재의 다공성 막이 사용됐다. 이는 생체의 기저막과 물리적, 구조적으로 큰 차이를 가져 세포에 생체와 같은 환경을 제공해주지 못한다는 한계가 있었다.
UNIST·POSTECH 공동연구팀은 생체내의 기저막을 모사하는 나노섬유 멤브레인(nanofiber-assisted ultra-thin ECM hydrogel-based engineered basement membrane; nEBM)을 개발했다. 개발된 인공기저막은 혈액·뇌 장벽의 생체 기저막과 같은 얇은 박판의 3d 섬유구조를 가지며 플라스틱 다공성 막에 비해 백만배 낮은 수준의 기계적 강성을 가졌다.
연구팀은 개발된 나노섬유 멤브레인에 인간 줄기세포에서 유래한 혈관내피세포, 별아교세포와 혈관주위 세포를 공배양해 인체 혈액▲뇌 장벽의 생체 장벽 기능이 모사된 체외 모델을 성공적으로 구축했다.
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나노섬유 기반의 인공기저막을 활용한 기능성 혈액·뇌 장벽 모델의 구축. |
아울러 연구팀은 한국인 사망원인 중 3위에 해당하는 뇌졸중 모델을 개발했다. 일시적으로 산소와 영양분의 공급을 제한함으로써 뇌졸중 환경을 모사했고 이를 통해 혈관의 장벽이 손상되고 혈류의 면역세포가 뇌로 이동하는 뇌졸중의 증상을 재현했다. 또한 뇌졸중 치료제을 투여하였을 때 혈액·뇌 장벽이 기능을 회복하는 양상을 제시했다.
공동 1저자인 최정원, 윤재승 연구원은 “뇌질환 관련 약물 개발 또는 평가에 활용할 뿐만 아니라 중추신경계 질환의 메커니즘 연구에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 2022년 12월 23일 ‘바이오머터리얼즈 (Biomaterials)’ 저널에 온라인 게재됐다.
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