(윗줄 좌측부터) 고려대 의대 융합의학교실 최낙원 교수(공동교신저자), 고려대 기계공학부 강현욱 박사과정(공동1저자), 한국과학기술연구원 뇌과학연구소 송소진 박사(공동1저자, 공동교신저자), (아랫줄 좌측부터) 한국과학기술연구원 뇌과학연구소 김홍남 박사(공동교신저자), 숙명여대 화공생명공학부 성영준 교수(공동교신저자), 고려대 기계공학부 정석 교수(공동교신저자) / 고려대 의대

유전자 편집 기술을 활용해 인체 조직과 유사하게 구현된 미세생리시스템(MPS)이 신약 개발과 질병 연구에서 중요한 역할을 할 것으로 주목받고 있다.

고려대 의과대학 융합의학교실 최낙원 교수 연구팀(고려대 기계공학부 정석 교수, 강현욱 박사과정, 한국과학기술연구원 뇌과학연구소 김홍남, 송소진 박사, 숙명여대 화공생명공학부 성영준 교수)은 CRISPR/Cas(크리스퍼/카스) 유전자 가위 기술과 미세생리시스템을 융합한 최신 연구동향을 분석하고, 이를 신약 개발과 맞춤형 치료에 적용할 가능성을 제시했다.

미세생리시스템(MPS)은 장기나 인체 조직의 구조적·기능적 미세환경을 작은 칩 위에서 구현해 생체 내 유사한 조건에서 실험을 수행할 수 있도록 하는 기술이다.

기존의 세포 배양이나 동물 실험보다 정밀한 연구가 가능하지만 유전적 다양성과 질병 표현형을 충분히 반영하지 못하는 한계가 있었다.

이에 최낙원 교수 연구팀은 CRISPR 기술을 활용하면 미세생리시스템의 유전적 다양성을 높이고, 보다 정밀한 질병 모델을 구축할 수 있다고 강조했다.

이번 연구에서는 CRISPR 기술이 적용된 미세생리시스템을 통해 희귀 유전질환과 암 연구에 활용할 질병 모델을 개발하는 사례를 분석했다.

또한, 뇌-혈관 장벽, 신경 조직, 신장 조직 등 다양한 장기의 기능을 보다 정밀하게 모사하는 최신 연구 성과를 소개했다.

연구팀은 오가노이드(3D 미니 장기)와 오가노이드-온-칩(생체모사칩)에서 CRISPR 기술을 적용하여 조직 특이적 유전자 발현을 조절하고 세포 미세환경을 정밀하게 제어하는 연구 방향성을 제시했다.

이러한 연구는 특정 세포의 유전자 발현을 정밀하게 조절하여 생리학적으로 체내 환경과 더 유사한 조직을 형성하는 데 기여할 것으로 기대된다.

또한, CRISPR 기술을 적용한 미세생리시스템을 활용해 신약 후보물질의 효과 및 안전성을 평가하는 가능성을 논의하고 개인 맞춤형 치료법 개발을 위한 적용 가능성도 제시했다.

특히 CRISPR-MPS 기술을 활용한 질병 모델링은 특정 유전자 변이를 가진 질병 모델을 실제 장기 칩 위에서 재현할 수 있어 신약 개발 및 질병 연구에 혁신적인 기여를 할 것으로 보인다.

최낙원 교수는 “CRISPR 기술과 미세생리시스템 융합 설계를 통해 차세대 바이오연구 모델이 나아갈 방향을 제시했다는 점에서 이번 연구의 의미가 크다”며 “향후 맞춤형 치료법 개발과 정밀의학을 위한 후속 연구를 지속적으로 진행할 계획”이라고 밝혔다.

한편 이번 리뷰 논문은 JCR 분석화학 분야 1위 국제학술지 ‘Trends in Analytical Chemistry’(IF: 11.8)에 ‘Harnessing CRISPR technology for next-generation microphysiological systems’라는 제목으로 지난 1월 31일 온라인 게재됐다. 본 연구는 차세대 정밀의학 및 생체 모사 기술의 발전에 중요한 이정표가 될 것으로 기대된다.