연세대학교 생명공학과 조승우 교수 연구팀은 전도성 미세기둥 디바이스를 제작하고 이를 이용한 전기자극을 통해 심장 스페로이드 (spheroid)의 기능성 및 약물 반응성을 증진시킬 수 있는 기술을 개발하였다.

본 연구 논문에서는 저분자 화합물의 처리를 통해 심장 리프로그래밍을 시도하여, 약물 스크리닝에 더욱 적합한 삼차원 심장 스페로이드를 효율적으로 제작하는 기술을 개발하였고, 기존의 방법보다 리프로그래밍의 효율이 증진된 것을 확인하였다. 이러한 삼차원 스페로이드 모델은 증진된 심장 기능성을 보여주고 약물 평가가 용이한 장점이 있지만, 삼차원 구조로 인해 효율적으로 전기자극을 인가하는 데에는 한계가 있었다.

따라서, 본 연구에서는 이러한 기존 전기자극 기술의 한계를 극복하기 위해 마이크로 수준의 정밀한 미세기둥 어레이를 제작하였고 심장 스페로이드를 미세기둥에 꽂아 심장 박동을 모사한 전기자극을 인가하여 심장 스페로이드의 분화능과 기능성 증진을 유도하였다. 또한, 전기자극을 통해 향상된 기능성을 가지는 심장 스페로이드가 심장의 박동을 조절할 수 있는 세 가지 약물에 대해 효과적으로 반응함을 확인함으로써, 심장 체외모델로서 약물 반응성 및 민감도도 증진된 것을 확인하였다. 일련의 결과를 통해 제작된 심장 스페로이드가 약물 평가에 활용될 수 있으며, 제작된 디바이스가 다양한 삼차원 세포 구조체에 대한 전기자극 플랫폼으로서 적용될 수 있음을 보고하였다.

본 연구는 연세대학교 신소재공학과 최헌진 교수 연구팀과 공동으로 수행되었으며 나노융합 분야 최고 수준의 학술지인 Nano Letters (2019년 Impact factor: 11.238) 저널에 9월 2일 온라인 게재되었고, 생명공학과 민성진 대학원생이 주저자로 참여하였다.

(논문 제목: Biphasic Electrical Pulse by a Micropillar Electrode Array Enhances Maturation and Drug Response of Reprogrammed Cardiac Spheroids)