뇌혈관 자체조립, 알츠하이머 치료의 돌파구

POSTECH 기계공학과, 생명과학과, IT융합공학과, 융합대학원의 장진아 교수와 서울대학교병원 신경외과학교실 백선하 교수가 이끄는 연구팀이 실험실 환경에서 혈액-뇌 장벽(BBB)을 정확하게 모방한 3D 모델을 성공적으로 개발했습니다. 이 연구는 최근 재료 과학 분야의 국제 학술지 인 Biomaterials Research 에 게재되었습니다.

알츠하이머병, 파킨슨병, 근위축성 측색경화증(ALS)을 포함한 신경퇴행성 질환은 주로 노화로 인해 뇌와 신경계 기능이 점진적으로 감소하여 발생합니다. 이러한 질환의 주요 원인인 만성 신경 염증은 뇌혈관과 신경 세포 간의 복잡한 상호 작용에서 발생하며, BBB는 여기서 중심적인 조절 역할을 합니다. 그러나 기존 BBB 모델은 뇌혈관의 복잡한 3차원 3D 구조를 복제할 수 없어 연구와 약물 개발에 상당한 어려움을 겪고 있습니다.

이러한 한계를 해결하기 위해 연구팀은 돼지 뇌와 혈관에서 추출한 "탈세포화된 세포외 기질"(CBVdECM)을 사용하여 뇌혈관 특이적 바이오잉크를 개발했습니다. 또한 연구팀은 3D 바이오프린팅 기술을 적용하여 인간 BBB의 해부학적 구조와 기능을 정확하게 복제하는 관형 혈관 모델을 구축했습니다.

이 모델의 주요 특징은 외부 자극 없이도 자발적으로 이중 층 구조가 형성된다는 것입니다. "HBMEC(인간 뇌 미세혈관 내피 세포)"와 "HBVP(인간 뇌 혈관 주위세포)"를 CBVdECM 바이오잉크에 통합하여 인쇄했을 때, 내피 세포는 혈관 내벽에 자체 조립되었고, 주위세포는 주변 층을 형성했습니다. 그 결과 실제 혈관의 구조와 매우 유사한 이중 층 구조가 만들어졌습니다.

또한 연구팀은 기존 2D 모델에서는 일반적으로 없는 구성 요소인 "밀착 접합 단백질"의 배열 및 조직 과정을 성공적으로 복제했습니다. 또한 염증을 유발하는 물질(TNF-α 및 IL-1β)에 노출된 후 BBB 투과성과 염증 반응이 관찰되었습니다. 이 접근 방식을 통해 신경 염증 메커니즘을 정확하게 모델링하여 신경 퇴행성 질환의 병태생리학에서 BBB 기능 장애와 염증의 역할에 대한 중요한 통찰력을 얻을 수 있었습니다.

서울대병원 선하백 교수는 "이 연구는 신경 염증의 병리적 메커니즘을 조사하고 새로운 치료 전략을 개발하는 데 중요한 플랫폼을 제공한다"고 논평했다. POSTECH 장진아 교수는 "신경교세포, 신경세포, 면역세포와 같은 추가 세포 유형을 통합하여 염증 반응과 투과성을 정량화하는 방법을 개선하는 동시에 환자별 질병 모델로 확장하는 것을 목표로 한다"고 덧붙였습니다.

본 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술평가원의 산업기술연금술사사업, 한국연구재단의 대학중점연구소지원사업의 지원을 받아 수행되었습니다.


출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/02/250203203358.htm

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