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반용선·조승우 교수팀, 뇌 보호하는 혈액-뇌 장벽 모사한 인공 칩 개발
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  • 2021-06-28 15:47:16

곰팡이성 뇌 감염 모델링을 통한 곰팡이의 감염인자 규명

 

연세 시그니처 연구클러스터 사업단 생명공학과 반용선 교수, 조승우 교수 공동연구팀이 혈뇌장벽의 구조와 기능적 특징을 모사한 인공 혈뇌장벽 칩을 개발했다. 생명공학과 김진 박사와 이경태 박사가 1저자로 참여한 본 연구 결과는 국제 저명 학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링(Nature Biomedical Engineering)’에 6월 15일 게재됐다.

 

혈뇌장벽(blood-brain barrier)은 뇌를 포함한 중추신경계를 둘러싸고 있는 선택적 투과막으로, 혈액을 통해 외부로부터 유입되는 독소나 약물, 병원균 등의 침입을 막는 중요한 역할을 담당한다. 연구팀은 수백 마이크로미터(μm) 수준의 미세채널들로 구성한 칩에 뇌혈관과 뇌세포를 모사해 배양하고, 그 사이에 혈뇌장벽을 구현해냈다.

 

연구팀은 뇌혈관을 모사한 미세채널을 통해 배양액과 함께 다양한 물질을 주입했고, 이들이 혈뇌장벽을 모사한 선택적 투과막을 통과해 뇌세포를 모사한 체임버(chamber)로 이동하는지 현미경을 이용해 실시간으로 관찰할 수 있도록 설계했다. 3차원 하이드로젤로 세포가 자랄 수 있는 미세환경을 모사하고 배양액의 흐름을 제어하면서 신경줄기세포, 뇌혈관 내피세포, 뇌혈관 주피세포를 공배양함으로써 실제 뇌 발달 시 뇌혈관세포의 생장과 혈관신생 과정을 구현한 것이다.

 

나아가 제작된 혈뇌장벽 칩에 병원성 곰팡이를 주입했을 때 곰팡이가 마치 뇌세포를 찾아가는 것처럼 투과막으로 이동한 후 응집된 형태로 통과하는 현상을 실시간으로 관찰하고, 이에 관여하는 유전자를 알아냈다.

 

크립토코쿠스 네오포만스(Cryptococcus neoformans)라는 뇌 감염질환을 유발하는 병원성 곰팡이는 호흡기를 통해 감염되고 혈액을 통해 전신으로 퍼진 이후 혈액-뇌 장벽을 통과해 뇌수막염 및 뇌염을 일으키는 것으로 알려져 있다. 이 곰팡이로 인한 뇌 감염은 알려져 있었지만 적절한 실험모델이 없어 이 곰팡이가 어떻게 뇌에 도달하는지 알지 못했다. 연구진이 찾아낸 유전자를 제거한 곰팡이는 혈뇌장벽 모사막을 통과하지 못한다는 것을 통해 이 곰팡이의 신경친화성 기전 및 감염 유전자를 규명할 수 있었다.

 

연구진은 이번 연구 결과가 “향후 곰팡이성 뇌수막염에 작용할 수 있는 후보물질 발굴이나 혈뇌장벽을 통과할 수 있는 화합물 발굴에 응용될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

 

 

 

논문정보


출처 : 생명공학전공 홈페이지 https://biotech.yonsei.ac.kr/biotech/community/highlight.do?mode=view&articleNo=122353&article.offset=0&articleLimit=3

 

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