장진아 포스텍 기계공학과 교수.[포스텍 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 흡연이 인체와 눈 건강에 해롭다는 것은 잘 알려진 사실이다. 통계적으로도 흡연자들에게 안구질환 발생 비율이 높다. 하지만 그 인과관계에 대해 명확히 밝혀진 바가 없는데, 최근 국내 연구진이 ‘인공 눈’을 개발해 흡연이 안구에 미치는 영향을 실험으로 확인했다.

포스텍(POSTECH) 기계공학과 조동우 교수·장진아 교수 연구팀은 두 가지의 얇은 막 형태의 안구 세포와 구조체를 하이브리드 멤브레인 프린팅 기술로 프린팅해 ‘혈관-망막-장벽’ 모델을 개발했다.

망막 색소 상피(RPE)는 혈관-망막-장벽(oBRB)을 형성할 뿐만 아니라 안구 시스템에서 다기능적 역할을 한다. 따라서, RPE의 손실은 시력 손상을 일으켜 심각한 질병을 초래할 수 있다. 하지만 아직 RPE 손상과 관련된 질병을 치료하기 위한 효과적인 방법은 없다.

연구팀에서는 신약 개발에 사용할 수 있을 정도의 기능이 모방된 인공 눈(체외 모델)이 부족하다는 사실에 주목하고, 이를 해결하기 위해 RPE의 기저막과 단층 구조를 제작할 수 있는 하이브리드 멤브레인 프린팅 기술을 개발했다. 또한 실제 기저막 조직을 기반으로 만들어진 바이오잉크를 사용, 지금까지 바이오잉크로는 획득할 수 없었던 RPE의 기능 모사에 성공했다. 이렇게 개발된 ‘인공 눈’은 콜라젠 바이오잉크 기반 모델과 비교했을 때, RPE의 기능들이 더 강하게 발현되어 실제 망막의 기능을 잘 모사하는 것으로 확인됐다.

연구팀은 인공 눈을 흡연, 그중에서도 흡연자가 직접적으로 흡입하는 주류연(mainstream) 환경을 재현, 흡연이 안구에 미치는 영향을 분석했다. 그 결과, 모델에서 산화 스트레스를 관찰했으며, 이로 인해 RPE의 기능들이 망가지는 것을 확인했다. 또한, 항산화제를 처리한 모델에서는 미약하지만, 흡연에 의한 손상을 줄여주는 것으로 나타났다.

연구성과 모식도.[포스텍 제공]

연구팀은 실험을 통해 흡연이 실제로 안구 조직에 산화 스트레스를 유발해 악영향을 미치며, 항산화제로는 그 영향을 모두 막는 것이 어렵다는 것을 확인했다. 또한, 인공 눈이 실제 인체의 기능을 모사할 수 있어 질환의 영향을 분석할 수 있으며, 약물의 효능 검증에도 사용할 수 있다는 것을 검증했다.

조동우 교수는 “하이브리드 멤브레인 프린팅 기술에 환자 샘플을 이용한다면, 환자의 안구 상황을 재현할 수 있는 모델이 될 수 있다”며 “개인 맞춤형 약물 개발 플랫폼으로 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구결과는 헬스케어 관련 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머터리얼즈(Advanced Healthcare Materials)’에 게재됐다.