초록 ▼

□ 연구개요
본 연구과제를 통해, 심근세포의 성숙도를 증가시킬 수 있는 카본나노재료-하이드로젤 복합 매트릭스 기술과 심장박동을 모사한 생물반응기 챔버 제작 기술을 융복합하여, 실제 심근조직내의 미세 환경과 심장박동에 따른 조직의 이완/수축이 모사된 고도화된 체외 심근조직 모델을 제작하고, 이를 심근경색 질병 모델로 발전시키고자 함. 이를 위하여, i) 전기 전도도 및 나노 파이버 형태의 3D 카본나노재료-하이드로젤 혼합 매트릭스를 적용하고, ii) 심장박동에 의한 조직 이완을 모사할 수 있는 생물반응기를 개발한 후, iii)

□ 연구개요
본 연구과제를 통해, 심근세포의 성숙도를 증가시킬 수 있는 카본나노재료-하이드로젤 복합 매트릭스 기술과 심장박동을 모사한 생물반응기 챔버 제작 기술을 융복합하여, 실제 심근조직내의 미세 환경과 심장박동에 따른 조직의 이완/수축이 모사된 고도화된 체외 심근조직 모델을 제작하고, 이를 심근경색 질병 모델로 발전시키고자 함. 이를 위하여, i) 전기 전도도 및 나노 파이버 형태의 3D 카본나노재료-하이드로젤 혼합 매트릭스를 적용하고, ii) 심장박동에 의한 조직 이완을 모사할 수 있는 생물반응기를 개발한 후, iii) 역분화 줄기세포 유래 섬유아세포로 구성된 오가노이드가 자라고 있는 복합 매트릭스를 탑재시켜, 통합형 체외 심근조직 모델을 제작하고자 함. 또한, 제작된 모델에 생리적/병리적 심장박동 이상 영역에서 자극과 외부 성장인자의 공급에서 발생하는 심근 경색 질병 모델을 만들고, 약물 테스트에 적용하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
I) 기존 연구목표: 심장 조직을 모사할 수 있는 카본나노소재-젤 기반 매트릭스 개발
연구 목표 대비 연구결과: 카본나노튜브를 젤마 하이드로젤에 분산한 기능성 매트릭스를 개발했고, 카본나노튜브/젤마 농도 조절을 통해 심장 조직의 기계적 성질을 모사함 (달성도 100%)
II) 기존 연구목표: 하이브리드 매트릭스에서의 세포 생존도 (90% 이상)
연구 목표 대비 연구결과: 매트릭스에서 세포의 생존도는 90% 이상을 보임 (달성도 100%)
III) 기존 연구목표: 생물반응기의 기계적 이완 (0-20% 이완)
연구 목표 대비 연구결과: 기계적 이완은 0-30% 범위가 적용할 수 있었으며 이는 기존 제시한 0-20%를 상위하는 결과임 (달성도 100%)
IV) 기존 연구목표: 생물반응기의 기계적 자극 안정성 (24시간 자극의 7일 이상)
연구 목표 대비 연구결과: 제작된 생물반응기는 7일 이상 구동에서 leaking 없이 정상작동함을 확인함 (달성도 100%)
V) 기존 연구목표: 심근경색 모델로서 근섬유아세포로의 분화율 (80% 이상)
연구 목표 대비 연구결과: 심장 박동을 모사하는 기계적 자극을 정상범위 이외에서 가해주어 섬유아세포의 근섬유아세포로의 분화를 유도함 (60% 이상) (달성도 80%)
VI) 기존 연구목표: 개발된 심근경색모델에 세포 치료제 혹은 약물 치료에 적용
연구 목표 대비 연구결과: 개발된 심근경색모델에 성장인자와 약물을 이용한 성능 개선에 관하여 관찰하였지만 세포 치료제를 적용하지는 못함 (달성도 50%)

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구에서 제안하는 in vitro 심근경색 모델은 심근세포로 구성된 오가노이드의 미세조직 모델을 기반으로 하여 조직공학 및 줄기세포 분야 발전에 기여 가능함.
기존의 모델들은 실제 심근조직의 화학적/기계적/물리적 환경을 모두 모사하는 데에 있어서 한계가 있었음. 심근 내의 미세환경을 밀접하게 모사하기 위해, 카본나노재료-하이드로젤 기반의 복합 매트릭스를 사용하여 심근조직 및 심근경색 조직이 갖는 최적화된 미세환경을 제공함. 이것은 섬유아세포에서 근섬유아세포로의 진행 (섬유화)을 이해하고, 줄기세포/치료제로 인한 재생을 평가하기 위한 생리학적 및 병리학적 모델을 개발할 수 있을 것으로 기대됨.
또한, 심장박동으로 발생하는 심근조직의 내에 가해지는 수축/이완을 구현할 수 있는 생물반응기를 제작하여, 실제 심근조직의 움직임을 기반으로 심근경색 모델 개발에 활용할 수 있으므로, 질병의 과정을 차례로 모사할 수 있는 플랫폼임.
심근경색 모사는 심근 섬유화 유도 인자로 알려진 전환 성장인자 베타와 함께 전도성이 있는 물리적 심근세포 배양 매트릭스 및 생리적/병리적 기계적 자극 이상 등 최적의 심근조직 환경을 제공하고, 동시에 심 작동 기능 이상을 함께 모사하여야 함. 현재로서 이러한 다양한 요인들을 통합하는 모델보다는, 하나하나의 단편적인 기술들로 개발된 심근조직 및 심근경색 모델들로서 통합적 체외 심근경색모델을 제작하는 데 한계가 존재함. 본 과제의 심근조직 주변에 존재하는 여러 환경적 요인들의 한꺼번에 고려할 수 있는 모델 플랫폼을 제작함으로써, 심근조직 및 이로부터 개발된 심근경색모델의 기능을 실제 인체의 심장과 흡사한 수준으로 끌어올릴 수 있고, 세계 최고 수준의 정밀한 통합형 심근경색 체외 모델 제작이 가능하게 할 것임.
본 연구에서 개발된 심근경색모델을 기반으로, 세포 치료제로서 줄기세포를 심근경색 모델에 적용하고, 이에 따른 치료제의 효능을 기존에 상용화된 약물들의 효능과 비교를 할 수 있음.
약물 및 세포 치료제 스크리닝을 위한 표준 전임상 모델 대신 생물반응기에 기반을 둔 in vitro 심근경색 모델을 사용하면 프로세스의 예측성 및 신뢰성이 크게 향상될 것으로 기대됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 과학기술적 문제 제기 ... 4
• 1.2. 연구의 필요성 ... 5
• 1.4. 연구과제의 목표 및 내용 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 연구과제의 최종 목표 ... 6
• 2) 연구과제의 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 9
• 3) 목표 달성 수준 ... 9
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 10
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 1) 연구과제의 활용방안 ... 11
• 2) 연구과제의 기대효과 ... 11
• 6. 자체점검표 ... 11
• 7. 참고문헌 ... 12
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 15
• 끝페이지 ... 17