생물학적 미세환경을 시뮬레이션하는 장기 칩(organ-on-chip)의 그림. 크레딧: Journal of Exploratory Research in Pharmacology(2024). DOI: 10.14218/JERP.2023.00006S
OoC(Organs-on-Chip : 장기칩)는 인간 생리학 및 질병 연구의 혁신적인 발전을 대표하며, 인간 장기의 기능을 모방한 체외 미세생리학적 환경을 제공합니다. 이 장치는 세포 생물학과 엔지니어링을 결합하여 인체 외부에서 세포의 성장과 기능을 지원하는 플랫폼을 만듭니다.
Journal of Exploratory Research in Pharmacology에 발표된 포괄적인 검토에서는 약물 개발, 질병 모델링 및 맞춤형 의학에서 OoC 기술의 현재 상태, 응용 분야, 과제 및 미래 전망을 탐구합니다.
OoC는 단일, 이중 또는 다중 채널 칩으로 분류됩니다. 이중 채널 칩은 다공성 멤브레인으로 연결된 두 개의 개별 채널을 특징으로 하여 동일한 조직 내에서 서로 다른 세포 유형 간의 상호 작용을 연구할 수 있습니다. 이러한 시스템에는 인체 조직의 자연 환경을 모방한 배양 배지의 관류를 위한 입구와 출구가 포함됩니다.
인체 장기 기능을 복제하는 OoC의 능력은 질병의 분자 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다. OoC는 인체 조직의 생리학적 상태를 시뮬레이션하여 질병 진행 및 치료 개입의 효과에 대한 연구를 용이하게 합니다. 이 기술은 간, 뇌 및 혈액 시스템과 같은 복잡한 장기를 모델링하는 데 특히 효과적이었습니다.
다양한 생리적 과정과 약물 대사에 필수적인 간은 약물 부작용에 의해 심각한 영향을 받을 수 있습니다. 기존의 in vivo 모델은 이러한 독성 효과를 정확하게 예측하지 못하는 경우가 많습니다. 미세유체 칩에서 간세포를 배양하는 Liver-on-chip 모델은 간독성을 예측하고 신약의 안전성 프로파일을 개선하는 데 가능성을 보여주었습니다.
브레인온칩(Brain-on-chip) 기술은 다단계 리소그래피를 사용하여 뇌의 미세환경을 복제하는 모델을 만듭니다. 이러한 모델은 신경 퇴행성 질환과 신경 조직의 재생 능력을 연구하는 데 매우 중요합니다. 이 기술은 실험적 치료법의 고처리량 스크리닝을 가능하게 하고 뇌의 복잡한 세포 상호 작용에 대한 통찰력을 제공합니다.
인간의 순환계를 복제하는 것은 그 복잡성으로 인해 어려운 일입니다. 혈액 온 칩(Blood-on-chip) 모델은 백혈구 및 적혈구, 혈소판, 혈장과 같은 다양한 혈액 성분을 통합하여 이들의 상호 작용과 면역 반응을 연구합니다. 이러한 모델은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 사용하여 구성되며 혈액 질환을 이해하고 새로운 치료법을 개발하는 데 중요합니다.
췌장암은 침습적 특성과 기존 치료법에 대한 내성으로 인해 치료하기 가장 어려운 암 중 하나입니다. 췌장 온 칩 모델은 암성 췌장세포와 정상 췌장 세포 간의 상호작용을 연구하기 위해 개발되었으며, 새로운 항암제를 테스트하고 치료 전략을 개선할 수 있는 플랫폼을 제공합니다.
OoC는 기존 동물 모델에 비해 인간 조직 반응을 보다 정확하게 표현함으로써 약물 개발을 혁신하고 있습니다. 이러한 장치를 사용하면 다양한 개발 단계에서 약물 효능 및 안전성을 테스트할 수 있으므로 신약을 시장에 출시하는 데 드는 시간과 비용을 줄일 수 있습니다. 또한 OoC는 개별 환자의 특정 요구에 맞게 치료를 조정할 수 있는 맞춤형 의료 플랫폼을 제공합니다.
이러한 잠재력에도 불구하고 OoC는 인체 생리학을 정확하게 복제하는 복잡성과 다양한 모델에 걸친 표준화의 필요성을 비롯한 여러 가지 문제에 직면해 있습니다. 향후 연구는 OoC 시스템의 확장성과 재현성을 개선하는 데 초점을 맞춰야 합니다. 학술 기관, 산업 및 규제 기관 간의 협력은 이 기술을 발전시키고 주류 생물 의학 연구 및 의료 서비스에 통합하는 데 매우 중요합니다.
장기 칩(Organs-on-chip)은 생물 의학 연구의 중요한 도약을 의미하며, 인간의 생리학 및 질병 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. OoC는 인체 조직의 미세환경을 정확하게 모방함으로써 약물 개발, 질병 모델링 및 맞춤형 의학을 위한 강력한 도구를 제공합니다. 이 기술의 지속적인 발전은 의료 서비스를 혁신하고 환자 결과를 개선할 수 있는 가능성을 가지고 있습니다.
이상의 기사는 2024년 7월 22일 MedicalXpress에 게재된 “Organs-on-chips provide insights into molecular mechanisms of disease, facilitate design of newer treatment strategies”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : Organs-on-chips provide insights into molecular mechanisms of disease, facilitate design of newer treatment strategies (medicalxpress.com)
* 추가정보 출처 : Organs-on-chips Provide Insights into Molecular Mechanisms of Disease and Facilitate the Design of Newer Treatment Strategies: A Concise Review (xiahepublishing.com)
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