3D프린팅으로 '인공 망막' 개발…실명 유발 난치성 안질환 재현

게티이미지뱅크 제공

국내 연구팀이 3D 바이오프린팅 기술로 실명을 일으키는 난치성 안질환을 재현하는 데 성공했다. 질환을 재현하면 병리 현상에 대한 이해가 높아져 신약 개발 가능성이 높아지게 된다. 

포스텍은 조동우 기계공학과 특임교수, 원재연 은평성모병원 안과 교수, 김정주 한국외대 교수 공동연구팀이 3D 바이오프린팅 기술로 ‘망막-온-어-칩’을 제작하고 망막정맥폐쇄질환을 체외에서 재현하는 데 성공했다고 24일 밝혔다. 망막-온-어-칩은 작은 칩 위에 망막을 배양해 망막의 기능과 특성을 모방하도록 하는 기술이다.  

망막정맥폐쇄질환은 고혈압, 당뇨 같은 만성질환으로 망막 혈관이 막혀 시력이 손상되는 질환이다. 망막 정맥이 좁아져 혈액이 원활하게 흐르지 못하면 황반부종과 신생 혈관이 발생해 결국 실명에 이르게 된다. 

망막정맥폐쇄질환의 현재 치료법은 증상 완화에 그친다. 재발률이 높아 근본적인 해결책이 필요한 상황이다. 

망막정맥폐쇄질환에 대한 연구는 현재 동물실험과 2D 세포 배양에 의존한다. 동물실험은 동물과 사람의 생리적 차이를 반영하지 못한다는 점, 평면 배양은 3D 구조의 복잡한 망막 구조와 혈관 협착 현상을 제대로 구현하지 못한다는 점이 한계다. 

연구팀은 3D 바이오프린팅 기술로 기존 한계를 극복했다. 실제 망막 조직에서 세포를 제거하고 남은 세포외기질(ECM)로 ‘하이브리드 바이오잉크’를 제작해 망막 고유의 생화학적 신호를 그대로 반영한 미세환경을 구현했다.

다중 노즐과 삼중 동축 프린팅이라는 기술을 결합해 망막의 혈관, 세포층, 혈액망막장벽을 동시에 구현했고 일부 혈관은 인위적으로 좁혀 망막정맥폐쇄질환의 병리적 진행을 재현하도록 만들었다.

망막 유래 바이오잉크와 3D 바이오프린팅으로 구현한 인공 망막칩 및 망막정맥폐쇄 모델 제작 과정. 은평성모병원·포스텍 제공

제작된 망막-온-어-칩은 혈관 협착에서 허혈, 염증, 혈관 누출, 망막 기능 저하 등 망막정맥폐쇄질환의 전 과정을 그대로 보여줬다. 실제 환자와 유사하게 염증성 사이토카인 분비, 내피세포 손상, 장벽 붕괴 등의 현상이 나타났다. 

연구팀이 기존 항염증제나 항혈관신생제를 망막-온-어-칩에 투여하자 환자에 적용했을 때와 비슷한 반응이 재현됐다. 아스피린은 손상 억제 효과를 보였고 덱사메타손과 베바시주맙은 염증과 신생 혈관을 줄였다. 

연구팀의 망막-온-어-칩은 신약 평가와 환자 맞춤형 치료 플랫폼으로 기능할 수 있다는 점이 입증된 것이다. 

조동우 교수는 “실험실에서 실제 환자와 유사한 망막정맥폐쇄 병변을 재현할 수 있게 됐다"며 "신약 개발의 전임상 단계를 훨씬 앞당길 수 있을 것”이라고 말했다. 

원재연 교수는 “임상 현장에서 망막정맥폐쇄 환자의 병리 과정을 직접 추적하거나 약물 효과를 예측하기 어려웠는데 그 한계를 넘어서는 새로운 연구 도구가 제시됐다”며 “앞으로 환자 맞춤형 치료 전략을 세우는 데 큰 도움이 될 것”이라고 설명했다. 연구결과는 국제학술지 ‘고급 복합 및 하이브리드 재료’에 게재됐다. 

(왼쪽부터) 원재연 은평성모병원 교수, 조동우 포스텍 기계공학과 특임교수, 김정주 한국외대 교수(제1저자). 은평성모병원·포스텍 제공

<참고 자료> 
doi.org/10.1007/s42114-025-01455-2

[문세영 기자 moon09@donga.com]