30일 살아있는 3D 인공 간…만성 간질환 연구 새 지평

과학자들이 실험실에서 만든 3D 인공 간 모델을 통해 만성 간 질환 연구와 신약 개발의 새로운 가능성을 열었다.

생명공학 분야 국제 학술지 '프론티어스 인 바이오엔지니어링 앤 바이오테크놀로지(Frontiers in Bioengineering and Biotechnology)'에 최근 게재된 연구에 따르면, 연구진은 30일간 기능을 유지하며 염증, 섬유화 등 만성 질환 과정을 재현하는 3D 인공 간 모델을 개발하는 데 성공했다.

연구진은 인체 간세포(HepaRG)와 성상세포(LX-2)를 하이드로겔 지지체 안에 넣어 모델을 제작했다. 이 하이드로겔은 '카르복시메틸 셀룰로오스 메타크릴레이트(CMCMA)'와 '젤라틴 메타크릴로일(GelMA)'로 구성되어, 세포가 3차원 구조를 이루고 한 달간 기능을 유지할 수 있는 환경을 제공했다.

연구팀은 만성 및 급성 간 손상을 인위적으로 유도했다. 만성 손상은 저농도의 파라세타몰과 리포다당류(LPS)에 장기간 노출시켜 염증과 섬유화 변화를 재현했다. 급성 손상은 고농도 약물을 단기간 처리하는 방식으로 모사했다.

실험 결과, 30일 동안 모델의 섬유화 지표인 'COL1A1', 'PIIINP' 등은 꾸준히 증가했다. 반면 알부민, 'CPS1' 등 간 기능 관련 유전자 발현은 감소하며 실제 만성 간 질환과 유사한 변화를 보였다.

특히 이 모델은 약물에 대한 반응도 실제와 유사하게 나타났다. 소염 및 항섬유화 효과가 있는 약물인 덱사메타손을 투여하자 염증과 섬유화 지표가 감소하고 간 기능 유전자가 일부 회복되는 것이 확인됐다.

또한 면역세포(THP-1 단핵구)를 추가하자 급성 및 만성 손상 조건에서 염증성 분자인 인터루킨-6(IL-6), 종양괴사인자-알파(TNF-α) 등이 크게 증가했다. 이는 면역 반응이 간 손상에 미치는 영향을 연구할 수 있음을 시사한다.

이번 연구는 동물실험 의존도를 줄이면서 신약의 안전성과 유효성을 더 정확하게 예측할 수 있는 길을 열었다는 평가를 받는다. 다만, 표준화된 세포주를 사용했고 간을 구성하는 모든 종류의 세포(쿠퍼세포 등)를 포함하지 않은 점은 한계로 지적된다. 연구팀은 향후 환자 유래 세포를 활용해 모델을 고도화할 계획이다.