[녹색경제신문 = 이지웅 기자] 이현주 카이스트 전기및전자공학부 교수 연구팀이 손미영 한국생명공학연구원 국가아젠다연구부 부장 연구팀 및 이미옥 줄기세포융합연구센터 박사 연구팀과 공동 연구를 통해, 오가노이드의 비침습적 전기생리신호 측정을 위한 고신축성 돌출형 미세전극 어레이 플랫폼을 개발했다고 밝혔다.

오가노이드는 줄기세포를 기반으로 제작되는 3차원 형태의 세포 집합체다. 인체 조직을 높은 정확도로 모사하는 덕분에 질병 모델 개발이나 약물 스크리닝, 개인 맞춤형 의학 등과 같은 다양한 분야에 활용 가능하다. 

기존의 오가노이드 관련 연구는 유전자 분석을 위주로 진행됐다. 반면 상대적으로 오가노이드의 기능성에 대한 연구는 미비한 상태다. 

효과적인 약물 평가와 정밀한 생물학 연구를 위해서는 오가노이드의 3차원 형태와 상태를 보존하는 동시에 그 기능을 실시간으로 모니터링할 수 있는 기술이 필요하다. 그러나 전기신호가 발생하는 심장과 뇌 오가노이드의 전기생리신호 측정할 때, 오가노이드를 파괴하지 않고 외부 표면에 전극을 밀착하는 것은 어렵다. 오가노이드의 제작 방식에 따라 크기가 수백 마이크로미터(μm)부터 수 밀리미터(mm)까지 다양하면서도 형태가 불규칙하기 때문이다. 

이러한 상황에서 연구팀은 오가노이드의 크기와 형태에 맞춰 스스로 늘어나 그 표면에 밀착할 수 있는 고신축성 돌출형 미세전극 어레이를 개발했다. 

미소 전자 기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems; MEMS) 공정을 통해 서펜타인(Serpentine) 구조 기반의 고신축성 미세전극 어레이를 제작했으며, 전기증착 공정을 통해 돌출형 미세전극을 구축했다.  돌출형 미세전극은 오가노이드에 전극을 강하게 밀착시켜 줌으로써 오가노이드에 손상을 끼치지 않는 동시에 안정적인 전기생리신호를 측정을 가능하게 했다. 

연구진은 제작한 플랫폼을 활용해 다양한 크기의 심근 스페로이드에서 발생하는 전기생리신호를 실시간으로 측정하고 분석했다. 또한 각 크기의 심근 스페로이드의 성숙 및 유지 상태에 따른 전기생리신호 특성 차이를 확인했다.

동시에 중뇌 오가노이드에서 발생하는 전기생리신호를 측정하면서 다양한 전기세포 기반 오가노이드에서의 활용 가능성을 입증했다. 

최종적으로 각 오가노이드에 대해서 다양한 약물에 의해 변조된 전기생리신호 측정을 함으로써 오가노이드 기반 약물 스크리닝에 활용 가능함을 검증했다. 

이 교수는 “다양한 크기의 오가노이드에 활용 가능한 고신축성 돌출형 미세전극 어레이를 개발해 실시간으로 오가노이드의 상태를 평가할 수 있다”며 “이번 기술은 신약 개발 시 실험동물을 대체하거나 재생 치료제로써 사용되는 오가노이드의 품질 평가에 바로 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.