성상세포 기반 'ARC-3D' 구현…초·분 단위 신경반응 측정
동물실험까지 검증…치료제 개발 속도·정확도 개선 기대

신경독성과 뇌 질환 치료제 효과를 동시에 빠르게 판단할 수 있는 3차원 기반 평가 플랫폼이 국내 연구진에 의해 개발됐습니다. 기존보다 훨씬 짧은 시간 안에 실제 뇌와 유사한 환경에서 반응을 확인할 수 있어 신약 개발 과정의 효율이 크게 개선될 전망입니다.

국가독성과학연구소는 뇌 속 별 모양 성상세포의 염증 반응과 약물 효과를 실제 뇌 환경과 비슷한 3차원 환경에서 정밀하게 측정할 수 있는 'ARC-3D' 플랫폼을 개발했습니다.

이 기술은 뇌 조직과 유사한 3D 하이드로겔 환경에 성상세포를 배양한 뒤, 세포 내부 칼슘 이온 신호 변화를 실시간으로 분석하는 방식입니다. 이를 통해 신경 염증과 독성 반응, 치료제 효과를 동시에 파악할 수 있습니다.

기존에는 2차원 세포배양과 분자 분석 중심의 평가가 이뤄졌지만, 초·분 단위로 나타나는 초기 반응을 놓치기 쉽고 결과 확인까지 시간이 오래 걸리는 한계가 있었습니다. 반면 ARC-3D는 초·분 단위로 나타나는 세포 반응을 즉각적으로 포착할 수 있습니다.

연구진은 젤라틴 기반 바이오소재를 활용해 뇌 환경과 유사한 조건을 구현하고, 성상세포가 안정적으로 기능하는 최적 조건을 만들었습니다. 이후 과산화수소로 산화 스트레스를 유도하자 신경 손상 지표와 염증 물질이 증가해 뇌 손상 반응이 뚜렷하게 나타났습니다.

또 후보물질을 적용한 실험에서는 칼슘 신호 이상과 염증 반응이 완화되는 결과가 확인됐습니다. 동물실험에서도 동일한 효과가 나타나 플랫폼의 신뢰성을 입증했습니다.

연구진은 이번 기술이 신경독성 평가뿐 아니라 뇌 질환 치료제 후보물질의 효능과 안전성을 빠르게 검증하는 데 활용될 수 있을 것으로 보고 있습니다. 향후 다양한 이온 신호를 지표로 확장해 인체 반응을 보다 정밀하게 분석하는 방향으로 발전시킬 계획입니다.

이번 연구 결과는 바이오·의료 분야 국제 학술지 ‘Advanced Healthcare Materials’에 4월 3일 자로 실렸으며, 표지 논문으로도 선정됐습니다.