[논문 읽기] 장기칩(Organ-On-A-Chip)기술 리뷰 논문 정리(intro)

세상을 바꿀 미래 의학 설명서 중에서 2장 내게 딱 맞는 인공장기 만들기를 통해 장기칩에 대해서 관심을 가지게 되었습니다. 장기칩은 바이오 칩분야에서 핫한 분야로 많은 논문들을 찾아볼 수 있는 분야입니다. 저는 처음에 장기'칩'이어서 전기 회로를 이용하는 줄 알았으나 화학과 생명 분야와 관련이 있어서 내용이해가 필요한 분야라 놀랐습니다.

intro 부분 정리:

서론에서는 약학 산업의 어려움을 주는 high attrition rate(높은 감소율)과 현재 쓰이는 동물 실험과 실험실 안 배양 방법의 단점을 말하고 장기칩이 이러한 단점을 얼마나 보완할 수 있는지 제시했습니다. 이 중에서 중요하다고 생각하는 부분을 정리해 보면

 

1. 약의 개발은 평균 13.5 년  걸리고, 평균적으로 25억 달러의 자본이 필요합니다; 92%의 약품이 인체 임상 단계서 실패하여 시장으로 나오지 못합니다. 성공적인 전 임상 시험에도 불구하고 신약의 초기 임상시험으로 85%가 실패합니다.(전 임상을 거친 신약들은) 3상을 거친 약물의 50% 만이 실제로 사용 승인을 받았습니다. [1]

 

2. 1969년부터 30년 동안 6000개의 등록된 약물들에 대해서 예기치 못한 부작용으로 인해 75개의 약물이 시장에서 사라졌습니다. 또한 11개 이상에 특별 제한이 걸렸습니다. [2]

 

그리고 현재 도입하고 있는 동물 임상 시험의 문제점

 

1. 인간과 동물들 사이에 생물학적 차이점이 있습니다.

2. 장내 미생물총 또한 약물의 효과에 영향을 미치지만 종에 따른 장내 미생물총의 차이는 부정확한 결과를 유발합니다.

3. 동물 실험은 번식, 주거 및 폐기 부담으로 인해 많은 자금이 필요합니다.

4. 동물 실험은 동물을 희생시키는 윤리적인 부담을 짊어지고, 이러한 실험은 수행하는 연구자들에게 스트레스를 줍니다.

 

동물 실험과 함께 도입 중인 in-vitro(실험실 안 배양) 기술의 단점

1. 체외에서 배양할 때 세포 민감도가 감소하여 몇 가지 중요한 물리학적 생물학적 속성이 결여됩니다.

2. 생체내에서 실험하는 방법(in-vivo)은  혈관의 흐름으로 산소와 영양소 대사산물과 세포로부터 발생하는 쓰레기의 축적을 예방하지만 in-vitro 상황에서는 축적을 막을 방법이 없습니다.

3. 필수적인 신진대사 또는 세포로부터 생산된 화학적 전달체가 너무나 묽게 되어서 확인이 어려워졌습니다.

4. 약물은 표적 조직뿐만 아니라 신체의 다른 모든 조직과도 상호 작용합니다.

 

이에 반에 장기칩은 여러 가지 장점을 가지게 됩니다.

 

Organ-on-Chip 기술의 장점

 

1.   지속적인 유체 전단력(fluid shear force) 이 영양소와 산소 보충과 대사산물, 독성 쓰레기 물질을 없앤다.( in-vivo 방법의 2번 단점(폐기물 축적)을 해결 가능함)

 

위와 같은 특성을 가지는 이유: 작은 미세관들이 유체가 얇은 막을 넘게 해 주고, 공간과 시간의 집중을 관리할 수 있는 독특한 성질을 가지기 때문이다.

2. 조직화학적 세포분열 유도를 위해 물리적 힘인 유체 전단응력이 필요합니다. 예를 들면, 상피세포에서 화학적 반응과 유전자 조절 반응(gene regulatory response)이 필요합니다.

 

3. 의약품 흡수 측정은 생체 조건을 모방하기 위해 유속을 조절할 수 있고, 흡수된 약품의 지속적인 이동이 일정한 확산 속도를 보장하기 때문에 장기칩에서 정확합니다.

 

4. 칩은 여러 장기 시스템에서 약물의 효과를 동시에 연구할 수 있는 여러 개의 상호연결된 세포 구획으로 설계할 수 있습니다.(in-vitro의 4번 단점(여러 조직들의 상화작용 표현 불가)을 어느 정도 보완)

 

5. 이러한 장기칩은 소량의 배지로 실험할 수 있기 때문에 생리적 반응에 대한 새로운 시각을 제시할 수 있는 필수 대사산물과 생화학적 전달체의 희석을 방지합니다.( in-vitro의 3번 문제(묽게 됨)를 어느 정도 보완)

 

6. 위에서 말한 장점으로 인해 장기칩은  효과적인 도구가 될 뿐만 아니라 장기칩은 R&D 비용을 절감할 수 있는 잠재력도 갖고 있습니다. 전문가들은 습니다 R&D비용이 10-26% 절감될 것으로 예상하며, 전 임상 단계와 최적화 단계에서 적용 가능성이 가장 높습니다.

 

오늘은 장기칩 리뷰 논문의 intro 부분을 정리해 보았습니다. 위저널은 바이오칩 학회에 들어가면 볼 수 있습니다. 영어이고 전문 용어가 많아서 읽기가 힘들던 기억이 있습니다.

다음 포스팅에서는 장기칩의 사용처를 정리해 볼 예정입니다. 저널이 양이 많아 관심이 간 심장과 뇌 그리고 암에 부분에 대해서 다루겠습니다. 틀린 부분이 있으면 댓글로 알려주시면 됩니다.

 

 

출처: Biochip Journal volume 17, issue 1, March 2023 p1 - 23