[약손+] 디지털 기술로 날개 단 ‘디지털 헬스 케어’ ⑧마이크로칩 기술 도입된 ‘장기 칩’ ‘휴먼 칩’

작은 마이크로칩 위에 간이나 허파 같은 장기 세포 배양한 '장기 칩'···하나의 마이크로칩에 여러 장기 세포를 배양하는 '휴먼 칩' 개발

새해 소망이나 소원에 ‘건강’을 꼽는 분들 많으실 겁니다. 아프지 않고 오래 살고 싶은 건 인류의 꿈인데요. 나날이 발전하는 첨단 과학기술이 ‘무병장수’ 시대를 가능하게 할까요? 4차 산업혁명 시대를 살아가고 있는 지금, 국내 첨단 의료 기술은 어디까지 와 있는지 김영호 박사 한·인도 연구혁신센터 센터장과 함께 살펴봅니다.

[윤윤선 MC]
첨단 의료 미래를 연구하고 계신 김영우 박사님과 이야기를 나눠보고 있습니다. 이번에는 전공 분야라고 하셨던 것 같습니다. 마이크로칩에 대해서 이야기를 나눠보도록 하겠습니다. 그야말로 산업 분야에 있어서는 블루칩인데, 의료에 이 마이크로칩이 어떻게 또 적용이 될 수 있을까도 궁금해지네요.

[김영호 박사 한·인도 연구혁신센터장]
반도체를 만드는 기술 그러니까 눈에 보이지도 않을 정도의 아주 작은 미세한 구조물을 만드는 기술, 그 기술을 적용해서 만든 작은 칩을 마이크로칩이라고 이야기합니다.

이 마이크로칩 기술을 이용해서 최근에 의료 기술 중에 허파라든지, 간이라든지, 심장이라든지, 우리 인체 내에 있는 장기를 마이크로칩 위에 올려놓는 기술이 개발되었고 이러한 것에 대해서 오늘 설명해 드리려고 하는 게 '장기 칩', '휴먼 칩'이 되겠습니다. 여기에 대한 개념과 여기에 대해서 직접적으로 세상에 이렇다고 나온 게 오래되지 않았습니다. 2010년도에 하버드 대학교 위스연구소에서 보시는 것처럼 허파 칩이 처음 개발되어서 발표되었습니다.

이 허파 칩이라는 것은 그림에서 보시는 것처럼 작은 마이크로칩, 크기가 보통 가로세로 한 3cm 정도 됩니다. 아주 작습니다. 전체 크기가 그러하고요. 그 내에 있는 작은 구조물은 더 작습니다. 그 작은 구조물 내에 허파의 세포들을 넣어 배양해서 칩을 만든 것입니다. 그냥 허파의 세포를 마이크로칩에 넣어서 세포를 배양한 것만 하더라도 엄청난 기술인데, 여기 구조에서 보시는 것처럼 작은 구조물 내에 허파 세포가 올려진 층이 있고 그 아래위로는 공기가 흐르는 작은 공간이 있습니다. 그 작은 공간을 통해서 공기가 허파 세포 아래위로 지나가는, 그러니까 마치 우리가 숨을 쉬면 허파 세포에서 산소를 흡입하고 이산화탄소를 내뿜고 하지 않습니까? 그와 같은 형태를 마이크로칩에 기능을 만들어서 넣어놨다고 생각하시면 될 것 같습니다. 이것이 허파 칩입니다.

옆에 보시는 것은 간 칩입니다. 우리 몸의 간은 여러 가지 해독 작용하는 화학 공장입니다. 이 여러 가지 종류의 간세포를 층층이 마이크로칩 내에 넣어놓은 게 간 칩입니다. 간 칩의 크기는 보시는 것처럼 길이가 한 3cm 정도 됩니다. 그리고 중간에 Y자 모양의 가는 선이 있는데 이 선이 마이크로채널이고, 여기 안에 그림에서 보시는 것처럼 간세포가 들어가 있고 실제로 간의 기능을 하는 걸로 만들어 놓은 것이 되겠습니다. 이와 같은 칩이 허파와 간 이외에도 심장과 피부 등 여러 장기들에 대한 세포를 넣은 장기 칩이 개발되어 있고 논문으로 발표되어 있습니다.

이어서 휴먼 칩에 대해서 말씀드리겠습니다. 인체 내에는 여러 장기들이 있지 않습니까? 장기들을 각각 하나의 칩에 허파 세포 또는 심장 세포, 이렇게 하나의 칩에 하나의 장기 세포를 올려놓을 수도 있지만 하나의 칩에 여러 장기의 세포를 나란하게 배열해서 올려놓을 수도 있습니다. 그렇게 해서 만들어진 것을 휴먼 칩이라고 합니다.

이러한 휴먼 칩이 왜 중요하냐면 우리가 질병을 치료하는 약을 먹을 때 입으로 먹습니다. 그러면 목구멍을 통해서 위로 가서 또는 장에서 흡수가 되죠. 그러면 혈관을 통해서 여러 장기들을 통해 돌아다니면서 효과를 냅니다. 그렇기 때문에 어떠한 주사제든 알약이든 약물을 주입했을 때 하나의 장기뿐만 아니라 여러 장기에 영향을 미치게 되고 그러한 장기들이 우리 인체 내에서는 서로 연결돼 있고 상호 작용을 하게 됩니다. 그렇기 때문에 하나의 마이크로 칩 위에 여러 장기의 세포들을 올려놓아서 그러한 기능을 모사해서 만들어 놓은 것이 이 휴먼 칩이 되겠습니다. 이러한 것도 하버드 대학 위스연구소와 그 외에 여러 세계의 연구실에서 지금 개발하고 빠르게 발전하고 있습니다.

[이동훈 MC]
여러 장기, 배양된 여러 가지 장기 세포를 하나의 칩 위에 올려놓는다. 휴먼 칩이라고 설명을 해주셨습니다. 상당히 흥미로운 뉴스들이 많을 것 같은데 좀 추가적인 설명 부탁드려도 될까요?

[김영호 박사 한·인도 연구혁신센터장]
사실은 마이크로칩이라는 게 아주 작습니다. 여기에도 지금 그림에 나옵니다만 손가락으로 잡고 있는 거 보이시죠? 크기가 3cm, 5cm 정도밖에 되지 않습니다. 전체 크기가 그러합니다. 그리고 이 마이크로칩 내에 가는 빨간색, 파란색으로 실처럼, 선처럼 되어 있는 게 보입니다. 여기 크기가 상당히 작습니다. 우리 머리카락 굵기 정도. 우리 머리카락이 보통 60마이크로에서 한 100마이크로미터 정도 굵기가 됩니다. 그 정도에서 좀 더 크거나 작거나 그 정도 크기입니다. 그렇기 때문에 쉽게 말씀드리면 눈으로 열심히 봐도 잘 보이지 않을 정도의 작은 채널과 작은 마이크로 구조물 안에 이러한 장기 세포를 넣어 배양해서, 그것도 실제로 살아있는 세포가 그러한 기능을 하게끔 만들어 놓은 아주 어려운 기술들이 집약된 칩이 되겠습니다.

(구성 이규혁)