| 초록 |
1.분석자 서문 아직까지 신약 개발은 많은 실패를 겪은 후에야 얻을 수 있다는 인식이 지배적이며 신약 개발 비용의 상승과 기간의 장기화는 고질적인 문제가 되고 있다. 이에 최근 미세생리학 시스템(microphysiological systems, MPS) 혹은 organ on a chip 등의 다양한 랩온어칩 기술이 개발되며 이러한 문제를 극복하는 연구가 진행되고 있다. 따라서 lsquo;조직 칩(tissue chip) rsquo;은 약물 스크리닝 및 안정성 테스트에 활용되어 약물 개발 과정의 초기 단계에 변화를 일으킬 수 있다. 또한 질병 상태를 모델링하고 질병 메커니즘 및 병리학을 이해하고 새로운 치료법의 효과를 평가하기 위한 새로운 도구로 사용될 수도 있다. 향후 조직 칩은 개인맞춤형 치료와 임상시험-온-칩(clinical trials-on-chips)을 통하여 정밀의학의 새로운 지평을 열 수 있는 새로운 치료법을 개발하고 그 치료법을 시험할 수 있는 도구로 자리 잡을 것이다. 본 분석물에서는 조직 칩의 광범위하고 유망한 미래와 더불어 현재 조직 칩의 개발이 직면하고 있는 도전 과제들에 관하여 논의하고자 한다. 2. 목차 1. 서론 1.1. 조직 칩(tissue chips)이란 무엇인가? 1.2. 기관-온-칩(Organs-on-chips)은 생물학적으로 적절한 환경을 모방한다 2. 약물 개발을 위한 도구로서의 조직 칩 2.1. 의약품 개발에서의 필요성 2.2. Organs-on-chip은 약물 스크리닝 및 독성시험을 위한 도구가 될 수 있다 2.3. vivo-like ADME-TOX 프로파일 2.4. 검사를 위한 조직 칩은 약물 개발 실패를 감소시키는 데 도움이 된다 3. 질병 모델링을 위한 조직 칩 3.2. 희소성 질병에서의 조직 칩 3.3. 칩의 정밀의학 및 임상시험용 조직 칩 4. 지속형 MPS 개발의 해결 과제 4.1. 조직 칩에는 어떤 세포를 사용할 수 있는가? 4.2. 제작 재료 4.3. 통합 플랫폼 제작에 대한 주요 도전 과제 4.4. MPS의 유효성 확인 및 상용화 방안 5. 결론 및 분석자 전망 조직 칩은 약물치료 개발 및 스크리닝 분야에서 인간의 질병 병리를 모델링하는 도구로 매우 유망하다. 특히 디자인과 응용에 따라 특정 약물의 순차적 신진대사에 대한 인간과 동물의 종간 차이와 같이 약물개발자들이 기존의 연구 방법으로는 해답을 찾기 어려웠던 질문들에 대한 답을 찾을 수 있다. 그러나 제약업계에서 광범위하게 조직 칩이 약물 개발 과정에서 유용한 도구로 채택되기 위해서는 먼저 연구 집단의 이해와 검증이 선행되어야 한다. NIH 산하 국립중개연구센터(NCATS)의 크리스토퍼 P. 오스틴 박사는 ldquo;조직 칩 개발은 현재 연구 모델보다 약물에 대한 인간의 반응을 더 정확하게 예측할 수 있는 플랫폼을 제공하기 위한 것 rdquo;이라며 ldquo;임상시험에서 신약 후보 물질의 시험 성공률을 높이는 것이 목표 rdquo;라고 설명한다. NIH의 이번 조직 칩 개발 프로젝트에 선정된 연구 과제는 류머티즘성관절염, 신장질환, 인플루엔자 A 바이러스 감염, 근위축성측삭경화증(ALS), 유전성출혈모세혈관확장증, 부정맥유발성심근증 등 일반적인 증상부터 희귀 질환까지 다양하다. 첫 번째 단계에서 약물 평가의 유효성을 입증한 질병 모델은 더 확실한 평가를 위해 제약회사와 파트너를 맺고 연구를 진행하게 된다. 앞서 미국 식품의약국(FDA)은 식품·의약품 승인 관련 국가기관 최초로 동물실험을 대체하는 인간 장기 칩을 테스트한다고 밝힌 바 있다. 대상은 칩 안에 인간 간세포를 배양한 lsquo;리버-온-칩(Liver-on-a-chip) rsquo;으로, 식품과 화장품에 대한 독성을 확인할 수 있을지 검토한다19. 이와 같이 조직 칩 시장을 가장 선도하고 있다고 말할 수 있는 미국은 이미 의학, 생물학, 재료학, 응용화학, 물리학, 기계학 및 생물정보학 등 다양한 학제 간의 적극적인 융합 연구와 정부의 정책적 지원에 힘입어 완연히 정밀의학의 구현을 실현하기 시작했다고 말해도 과언이 아니다. 우리나라의 경우 미세유체 칩의 개발에 대한 연구 수준은 단연 세계적으로도 그 기술력이 최상위에 있음에도 불구하고, 학제 간의 융합과 정부 정책의 미비로 인하여 정밀의공학으로 발전하지 못하고 있다. 연구 윤리와 종간 차이 및 개인맞춤형 의료의 확대로 인하여 현재의 동물실험이 조직 칩으로 대체되는 것은 피할 수 없는 변화가 될 것으로 예상된다. 최근 몇 년간 피부, 장, 간, 심장, 뇌혈관 등 다양한 장기들이 조직 칩으로 개발되었고 향후에는 신약 개발과 질병 치료법 개발과 같은 의학 분야뿐만 아니라 화장품, 건강식품 등과 같이 독성 및 효능 실험을 필요로 하는 다양한 분야에서 동물실험을 대체하거나 보완하는 역할을 담당하게 될 것으로 기대한다. References 1. L. A. Low, and D. A. Tagle, Lab on a Chip, 2017. 17, 3026-3036. 2. A. Sin, K. C. Chin, M. F. Jamil, Y. Kostov, G. Rao and M. L. Shuler, Biotechnol. Prog., 2004, 20, 338 ndash;345. 3. D. Huh, B. D. Matthews, A. Mammoto, M. Montoya-Zavala, H. Y. Hsin and D. E. Ingber, Science, 2010, 328, 1662 ndash;1668. 4. H. J. Kim, D. Huh, G. Hamilton and D. E. Ingber, Lab Chip, 2012, 12, 2165 ndash;2174. 5. H. J. Kim and D. E. Ingber, Integr. Biol., 2013, 5, 1130 ndash;1140. 6. H. J. Kim, H. Li, J. J. Collins and D. E. Ingber, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2016, 113, E7 ndash;E15. 7. D. Eastwood, L. Findlay, S. Poole, C. Bird, M. Wadhwa, M. Moore, C. Burns, R. Thorpe and R. Stebbings, Br. J. Pharmacol., 2010, 161, 512 ndash;526. 8. M. P. Schwartz, Z. Hou, N. E. Propson, J. Zhang, C. J. Engstrom, V. S. Costa, P. Jiang, B. K. Nguyen, J. M. Bolin, W. Daly, Y. Wang, R. Stewart, C. D. Page, W. L. Murphy and J. A. Thomson, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2015, 112, 12516 ndash;12521. 9. J. A. Brown, V. Pensabene, D. A. Markov, V. Allwardt, M. D. Neely, M. Shi, C. M. Britt, O. S. Hoilett, Q. Yang, B. M. Brewer, P. C. Samson, L. J. McCawley, J. M. May, D. J. Webb, D. Li, A. B. Bowman, R. S. Reiserer and J. P. Wikswo, Biomicrofluidics, 2015, 9, 054124. 10. C. Zhang, Z. Zhao, N. A. Abdul Rahim, D. van Noort and H. Yu, Lab Chip, 2009, 9, 3185 ndash;3192. ※ 이 자료의 분석은 전남대학교의 김혜은님께서 수고해주셨습니다. |
