줄기세포와 조직공학 기반으로 인공 뇌 및 혈뇌장벽 인공칩 제작에 성공한 연세대 생명공학과 조승우 교수가 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 선정하는 '이달의 과학기술인상' 3월 수상자로 선정됐다.

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다. 과기정통부와 연구재단은 치매, 파킨슨과 같은 난치성 뇌 질환 연구의 지평을 넓힌 공로를 높이 평가했다고 밝혔다. 

인공 뇌 개발 성과는 ‘21년 8월 ’네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)‘에, 혈뇌장벽칩 제작 결과는 ’네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)‘ ’21년 8월 표지논문으로 게재됐다. 

‘인공 뇌’는 뇌 연구를 위해서 줄기세포를 배양하거나 재구성해 만드는 체외 모델로서, 배양 시스템의 한계로 인하여 기존의 연구는 태아 뇌 수준의 발달 단계에 머물러 있다. 

조승우 교수는 뇌 조직 환경과 유사한 삼차원 배양 매트릭스와 인공 뇌 중심부까지 산소와 영양분을 원활히 공급할 수 있는 핵심 칩을 개발해 기존 방식 보다 구조적으로 성숙하며, 신경 기능이 증진된 신생아 뇌 수준의 실험용 인공 뇌 제작에 성공했다. 

▲ 뇌 조직 모사 배양 시스템을 이용한 인간 인공 뇌 제작(이미지 출처:과학기술정보통신부)

또한, 조승우 교수는 혈류 속의 외부 물질과 병원균을 선택적으로 투과하여 뇌를 보호하는 혈뇌장벽을 모사한 장기칩 제작에도 성공했다. 전자회로 위에 특정 장기 세포를 배양하여 해당 장기의 특성을 모방하는 기술인 장기칩은 실제와 유사한 생체반응을 유도할 수 있어 신약개발에 효과적으로 활용된다.

▲ 인간 혈뇌장벽을 모사한 인공 칩 제작(이미지 출처:과학기술정보통신부)

혈뇌장벽은 구조 및 세포 성분이 복잡하고 투과막의 기능 구현이 어려워 그동안 혈뇌장벽 장기칩 개발에 난항을 겪어 왔다. 연구팀은 뇌혈관세포와 신경줄기세포 사이에 혈뇌장벽 장기칩을 구현하고, 뇌 염증을 유발하는 병원성 곰팡이균의 감염 실험을 진행하여 균의 뇌 침투 기전 및 관련한 유전자 규명에 성공했다. 

▲ 뇌 감염병 모델링(이미지 출처:과학기술정보통신부)

조승우 교수는 “동 연구는 줄기세포와 조직공학 기술을 융합하여 기존 방식보다 신경기능이 증진된 인공 뇌를 제작한데 의의가 있다.”며 “향후 치매, 파킨슨병 등 난치성 뇌신경질환 기전을 규명하고 치료제를 발굴하는 체외 모델로 활용되길 바란다.”고 밝혔다. 

글. 이지은 기자 smile20222@brainworld.com | 사진 및 자료출처 = 과학기술정보통신부