초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 기존의 치료제 스크리닝 시스템에서는 불가능한 인간 신체 내의 장기 네트워크와 생리학적인 환경을 체외(In vitro)에서 제공할 수 있으며 실용화가 가능한 고속대용량 치료제 검사용(High throughput screening) 신체 모사 칩 (Body-on-a Chip (BoC)) 시스템 개발을 목적으로 한다. 단위 장기 모델 구현이 아닌 다양한 장기 모델 네트워크를 단일칩에서 구성 및 배양 할 수 있으면서도, 장기 모델 종류에 따라 디바이스 구조가 크게 변경되지 않아 범용성과 신뢰성이 높고, 실용화를

□ 연구개요
본 연구는 기존의 치료제 스크리닝 시스템에서는 불가능한 인간 신체 내의 장기 네트워크와 생리학적인 환경을 체외(In vitro)에서 제공할 수 있으며 실용화가 가능한 고속대용량 치료제 검사용(High throughput screening) 신체 모사 칩 (Body-on-a Chip (BoC)) 시스템 개발을 목적으로 한다. 단위 장기 모델 구현이 아닌 다양한 장기 모델 네트워크를 단일칩에서 구성 및 배양 할 수 있으면서도, 장기 모델 종류에 따라 디바이스 구조가 크게 변경되지 않아 범용성과 신뢰성이 높고, 실용화를 위한 고속대용량 처리(High Throughput Screening (HTS)) 시스템으로의 개발 가능성이 있는 신체 모사 칩을 개발할 것이다. 또한 이를 통해 치료제 개발 시 필요한 약물의 체내에서의 흡수, 분포, 대사 등의 약동학 (Pharmacokinetics)과 각 장기들의 상호작용 등과 같은 기초적이고 종합적인 정보를 얻을 수 있으며 개인 맞춤형 치료제의 효율적 개발 및 나아가서는 동물실험을 대체할 수 있는 차세대 치료제 스크리닝 시스템 구현을 목표로 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
2-1. 3D 마이크로장기 모델 제작
각 장기들을 구성하고 있는 세포들을 이용하여 장기 모사 모델을 위한 3D 마이크로 장기들을 제작하였다. Brain MT의 경우 rat primary cortical neuron과 hippocampal neuron을, Cardiac MT와 Liver MT의 경우 iPS-derived cardiomyocyte와 hepatocyte 세포를, Tumor MT의 경우 Colorectal 암세포인 HCT116 세포를 이용하여 제작되었으며, 동일한 방식으로 다른 암세포를 사용하여 제작 가능하다.

2-2. 체외 다중 장기 네트워크 형성을 위한 Body-on-a Chip (BoC) 개발
바이오 및 약물 스크리닝 분야에서 일반적으로 사용되는 96웰 마이크로플레이트 포맷을 기반으로 하며, 체외에서 3D 마이크로장기 네트워크를 형성 및 미세유체 환경에서 배양할 수 있는 미세유체 칩을 제작하였다.

2-3. Highthroughput drug screening 응용을 위한‘Bodies-in-a Hotel’시스템 개발
다량의 BoC를 미세유체환경에서 동시에 배양할 수 있는 Tilting tower를 제작하여 실험 데이터의 신뢰성을 높일 수 있는 Highthroughput screening system으로의 개발 가능성을 확인하였다.

2-4. BoC 내 다중 마이크로장기 네트워크 배양 평가 및 약물 테스트
간에 의해 항암물질로 Bioactivation되는 Pro-drug 항암제를 BoC내 다중 3D 마이크로장기 네트워크에서 테스트하여 장기들간의 상호작용 환경에서 약물을 테스트할 수 있는 BoC의 향상된 약물 스크리닝 시스템으로써의 가능성을 확인하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
1) 개발된 “Body-on-a Chip”과 “Bodies-in-a Hotel”은 3D 마이크로장기 모델들 간의 네트워크를 단일칩에서 형성할 수 있으며 HTS 시스템으로의 실용화가 가능한 시스템으로써 제약, 화장품, 천연물 및 화학품 개발 등 다양한 연구 분야에서 신물질 개발의 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 중요한 열쇠가 될 것이다.
2) 3D 세포 배양과 미세유체 기술을 집적한 기술은 3차원에서의 세포들간의 상호 작용을 보다 낫게 모사할 것이며, 서로 다른 인공 장기들과의 생리학적 연결은 신체내에서 화합물질의 작용에 대한 더욱 체계적인 연구를 제공할 것이다.
3) 기존의 2D 세포 배양에서 불가능하던 신체 내 환경을 모사하여 실제 신체 내에서의 물질의 독성, 안전성 및 효능에 관한 예측성을 크게 증가시킬 것이다. 이로 인해 전임상시험과 임상시험 결과 사이에 존재하는 넓은 간격을 혁신적으로 줄일 수 있을 것이고 나아가서는 동물실험을 대체할 수도 있을 것으로 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 1-1. 연구 개발의 필요성 ... 3
• 1-2. 최종 목표 ... 3
• 1-3. 연구 개요 및 범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 2-1. 3D 마이크로장기 모델 제작 ... 4
• 2-2. 체외 다중 장기 네트워크 형성을 위한 Body-on-a Chip (BoC) 개발 ... 9
• 2-3. High-throughput drug screening 응용을 위한 ‘Bodies-in-a Hotel’시스템 개발 ... 11
• 2-4. BoC 내 다중 마이크로장기 네트워크 배양 평가 및 약물 테스트 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 12
• 4. 참고문헌 ... 13
• 5. 연구성과 ... 13
• 끝페이지 ... 15