▲ 하버드대가 개발한 '칩위의 심장'

미국 하버드대학 비스연구소(Wyss Institute) 소속 과학자들이 바이오 3D프린터를 활용해 사람의 심장 조직을 프린팅할 수 있는 ‘칩위의 심장(heart-on-a-chip)’ 기술을 개발했다고 IEEE 스펙트럼이 보도했다.

연구팀은 이번 연구 성과를 과학 저널인 네이처 머티리얼스‘지에 기고했다. ‘칩위의 심장’을 바이오 3D프린터로 제작한 것은 이번이 처음이다. 이 기술은 서로 다른 형태의 심장 조직을 원하는 만큼 빨리 프린팅할 수 있기 때문에 신약 임상 시험 등에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 심장 조직을 대량으로 재생하면 신약 개발자들이나 의사들이 동물실험이나 인간생체 시험 없이도 새로운 약물이 심장에 미치는 영향을 관찰할 수 있다.

‘칩위의 심장’은 ‘well’이라고 불리는 4각형 모양 공간 8개로 이뤄져 있다. 각각의 well에는 ‘심장근육세포(cardiomyocyte)’가 들어 있어 약물에 노출될 경우 반응을 한다. 핵심적인 표식자(indicator)는 세포 박동의 세기다. 세포 박동의 세기를 측정해 약물 반응을 테스트하는 것. 이를 측정하기 위해 칩은 머리핀 모양의 '캔티레버 덮개(cantilevered flap)'를 갖고 있다. 캔티레버 덮개는 외발로 지탱하는 구조로 만들어졌다. '압전 저항성(piezo-resistive)'의 바이오 잉크를 이용해 제작했다. 세포의 박동에 따라 캔티레버 덮개가 늘어나면서 박동하는 것이다. 만일 신약을 투입했는데 심장 세포가 박동하지 않으면 문제가 있는 것으로 볼 수 있다.

▲ 캔티레버 구조물(외발보로 건축믈을 지탱하고 있다)

연구팀은 이번에 ‘칩위의 장기(Organ-on-a-chip)’로부터 데이터를 수집하는 절차도 자동화했다. 칩안에 센서를 삽입해 데이터를 측정할 수 있도록 한 것. 생체 조직에서 채취한 세포를 현미경으로 관찰하지 않아도 관련 데이터를 얻을 수 있다.

하버드대 연구팀은 이번에 개발된 '칩위의 심장' 기술이 심장 뿐 아니라 폐, 신장, 혀, 기도, 내장 등 각종 장기 세포를 3D프린터로 만드는 데 활용할 수 있다고 설명했다.

한편 하버드 비스연구소는 미 방위고등연구계획국(DARPA)으로부터 3700만 달러의 자금을 지원받아 여러 신체 부위를 칩위에 구현하는 프로젝트를 진행하고 있는데, 이번 연구 역시 이 같은 프로젝트의 일환이다.