(좌측부터) 고려대 의대 융합의학교실 조일주 교수, 연세대 생명공학과 조승우 교수, 경북대학교 전자공학부 신효근 교수.

고려대학교 의과대학(학장 편성범) 융합의학교실 조일주 교수 연구팀과 연세대학교 생명공학과 조승우 교수, 세브란스 어린이병원 소아신경과 강훈철 교수, 경북대학교 전자공학부 신효근 교수 연구팀이 뇌 오가노이드의 전기신호를 실시간으로 측정하여 약물의 효과를 직접 분석할 수 있는 차세대 약물 스크리닝 시스템을 개발했다.

이번 연구는 소아 뇌전증 환자의 줄기세포로 제작한 뇌전증 오가노이드 모델에서 직접 신경 신호를 측정했다. 이를 통해 약물이 실제로 환자에게 효과가 있는지를 즉각적으로 확인할 수 있었으며, 기존의 간접적이고 시간이 오래 걸리는 평가 방식을 근본적으로 바꿀 가능성을 제시했다. 

연구팀이 개발한 플랫폼은 최대 10개의 뇌 오가노이드를 동시에 배양할 수 있다. 시스템에 내장된 미세유체 칩으로 각 오가노이드에 최대 두 가지 약물을 각각 5단계 농도로 정밀하게 투입할 수 있다. 또한, 전극을 통해 오가노이드 내부의 신경 활동을 실시간으로 측정할 수 있어, 약물 효과를 뇌세포의 신경 신호 반응으로 직접 판단할 수 있다. 이를 통해 기존에는 여러 번 반복해야 했던 수십 가지 약물·농도 조건을 한 번에 병렬로 실험할 수 있어, 신약 개발 과정에서 시간과 비용을 크게 줄일 수 있는 고속(high-throughput) 스크리닝 기술로 평가된다.

고려대 의대 융합의학교실 조일주 교수는 “기존에는 뇌 오가노이드에 약물을 투여한 뒤 결과를 간접적으로 확인하거나, 신경 신호 측정이 매우 제한적이었다”며 “이번 기술은 실제 뇌세포가 만드는 전기신호를 통해 약물 효과를 직접 확인할 수 있고, 서로 다른 약물을 동시에 테스트하며 반응을 실시간으로 측정하는 고속 스크리닝 기술을 구현했다는 점에서 매우 의미가 크다”고 설명했다.

한편, 이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 보스턴코리아 공동연구지원사업의 지원을 받아 수행되었으며, 관련 성과는 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’(IF=14.1)에 ‘다중 뇌 오가노이드의 전기생리학적 활동을 활용한 원스텝 약물 스크리닝 시스템(One-Step Drug Screening System Utilizing Electrophysiological Activity in Multiple Brain Organoids)’이라는 제목으로 게재됐다.

[그림 설명] 뇌 오가노이드 기반으로 실시간 신경신호들을 동시 측정함으로써 약물 효과를 신속하게 평가할 수 있는 고속 약물 평가 플랫폼.