[한국기술뉴스] UNIST 바이오메디컬공학과 강주헌 교수 연구팀은 세포 배양 시 자율적으로 세포를 이동시키는 기능성 멤브레인 미세유체 칩을 개발했다. 개발된 기술은 UNIST 산학협력단을 통해 특허를 출원(출원번호 제1020210038183호)했다. 특허 명칭은 '기능성 멤브레인 및 이를 포함하는 미세유체 칩과 그 제조방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

장기 모사 칩은 사람의 몸속 장기를 모방해 만든 칩입니다. 여러 세포 간의 상호 작용을 실제 장기에서와 같이 관찰할 수 있도록 체내 미세 환경을 모사하여, 약물 테스트나 조직 재생, 질병 모델링 같은 실험을 수행할 수 있습니다. 장기 모사 칩은 모사하고자 하는 대상에 따라 다양한 형태와 크기를 가질 수 있습니다. 일례로 다층 구조의 조직을 모사할 때 복수 개의 세포 배양 공간을 나누기 위해 미세유체 소자들 사이에 얇은 멤브레인을 삽입합니다. 멤브레인은 다양한 크기의 기공을 가집니다. 기공이 클수록 세포의 이동 현상과 세포간의 상호작용을 관찰하기 용이합니다. 그러나 멤브레인에 형성된 기공을 통해 세포가 다른 배양 공간으로 의도치 않게 이동하여 단층 형성을 방해하는 문제점이 있습니다.

UNIST 강주헌 교수 연구팀은 멤브레인의 충분한 크기의 기공을 부여하여 광학적 특성이 우수하고 세포간의 긴밀한 상호작용과 선택적으로 멤브레인을 가로지르는 세포의 이동만이 가능한 기능성 멤브레인 및 미세유체 칩을 발명했습니다.

미세유체 칩 상부와 하부 사이에 멤브레인을 배치하고 서로 접착한 후 배양홈을 통해 세포 또는 용액을 유입합니다. 상부 및 하부에 위치한 배양홈에 세포를 유입시키면 세포는 유입부를 거쳐 배양부에서 배양되는 구조입니다. 배양부는 멤브레인에 의해 덮여있으며, 멤브레인의 상면과 하면은 세포외기질이 응축된 코팅제에 의해 덮여있습니다. 코팅제는 상온에서 건조했을 때 부피가 줄어들어 얇은 막 형태로 응축이 되는 세포외기질 하이드로젤의 특성을 통해 멤브레인 표면위에 나노스케일 두께의 박막형태로 코팅됩니다. 또한 미세유체 칩과 멤브레인의 표면 에너지 차이를 형성하여, 칩 내로 유입된 하이드로젤이 건조되면서 표면 에너지가 높은 멤브레인 쪽을 향해 응축 코팅이 되도록 했습니다.

이에 따라 배양 초기에 세포 단층 형성 전까지 세포가 멤브레인 표면의 기공을 통해 의도치 않게 이동하는 것을 방지할 수 있습니다.

세포 배양 후에는 세포 특성에 따라 선택적 세포 이동을 원활히 유도할 수 있고 세포간의 충분한 상호작용을 가능하게 하는 기공 직경을 확보하면서도 빛이 기공에 의해 산란이 되는 것을 줄여주어 현미경을 통해 세포 이동 및 상호작용을 용이하게 관찰할 수 있습니다. 이에 따라 실제 체내 장기들의 미세환경을 효과적으로 모사할 수 있고, 다목적 장기모사 플랫폼으로서 약물 스크리닝, 동물실험의 대체 질병기전 연구까지 광범위하게 활용될 것으로 기대됩니다.