KAIST, 작은 칩으로 약물 부작용·급성 신장 손상 예측 길 열다

근육–신장 연쇄 손상 실험실서 정밀 재현… 차세대 약물 안전성 평가 기술 주목

약물 부작용은 종종 단일 장기 문제가 아니라, 장기 간 연쇄 반응으로 나타난다. 그러나 기존 실험 모델로는 이러한 상호작용을 정밀하게 관찰하는 데 한계가 있었다. KAIST 연구진이 작은 칩 위에서 인체 장기 간 독성 연쇄 반응을 재현할 수 있는 기술을 개발하며, 약물 안전성 평가의 새로운 가능성을 제시했다.

KAIST는 기계공학과 전성윤 교수 연구팀이 기계공학과 심기동 교수팀, 분당서울대학교병원 김세중 교수와의 공동 연구를 통해 약물로 인한 근육 손상이 급성 신장 손상으로 이어지는 과정을 실험실 환경에서 정밀하게 재현할 수 있는 ‘바이오 미세유체시스템’을 개발했다고 1월 5일 밝혔다.

이번 연구의 핵심은 근육과 신장을 각각 최적 조건에서 배양하면서도, 필요할 때만 연결해 장기 간 상호작용을 유도할 수 있는 모듈형(플러그-앤-소켓 방식) 장기-온-어-칩(MKoaC) 플랫폼이다. 연구팀은 입체적으로 구현한 3차원 골격근 조직과 신장의 핵심 기능을 담당하는 근위세뇨관 상피세포를 하나의 작은 칩 위에 구현해, 실제 인체 환경과 유사한 독성 전달 과정을 관찰할 수 있도록 설계했다.

이 시스템은 실험 도중 두 조직을 연결하거나 다시 분리할 수 있어, 근육 손상에서 시작된 독성 물질이 신장에 어떤 영향을 미치는지를 단계별로 분석할 수 있다는 점이 특징이다. 기존 단일 장기 배양 모델이나 동물 실험에서는 확인하기 어려웠던 장기 간 연쇄 손상 과정을 수치와 지표로 동시에 추적할 수 있다.

연구팀은 임상적으로 횡문근융해증을 유발하는 것으로 알려진 아토르바스타틴과 페노피브레이트를 칩에 적용해 실험을 진행했다. 그 결과 근육 조직에서는 수축력 저하와 구조 붕괴가 관찰됐고, 마이오글로빈과 CK-MM 등 근육 손상 지표가 증가했다. 동시에 신장 조직에서는 세포 생존율 감소와 세포 사멸 증가가 나타났으며, 급성 신손상(AKI)의 대표 지표인 NGAL과 KIM-1 발현도 유의미하게 상승했다.

특히 손상된 근육에서 유래한 독성 물질이 신장 손상을 단계적으로 악화시키는 연쇄 반응이 칩 위에서 직접 확인됐다. 이는 근육–신장 간 상호작용을 동시에 재현한 최초의 실험적 성과로, 약물 유발 전신 독성 이해의 폭을 넓혔다는 평가다.

전성윤 교수는 이번 연구가 근육과 신장 사이의 상호작용과 독성 반응을 실제 인체와 유사한 조건에서 분석할 수 있는 기반을 마련했다고 설명했다. 그는 이를 통해 약물 부작용을 사전에 예측하고, 급성 신손상의 발생 원인을 규명하며, 장기적으로는 개인 맞춤형 약물 안전성 평가 기술로 확장할 수 있을 것이라고 밝혔다.

#KAIST #장기온어칩 #바이오미세유체 #약물안전성 #급성신손상 #횡문근융해증 #마이크로피지올로지 #신약개발 #독성평가 #AdvancedFunctionalMaterials