김세중 분당서울대병원 신장내과 교수 연구팀이 3차원 조직칩 기술을 이용해 CT 검사 등에 사용되는 조영제의 신독성(조영제에 의한 급성 신부전 발생) 평가모델을 구축했다. 인간 신장세포 환경을 구현한 3차원 조직칩 기술을 통해 동물실험이나 임상실험 없이 환자의 신장 기능에 따른 조영제 신독성을 세밀하게 평가할 수 있게 돼 주목받고 있다. 

건강보험 심사평가원 자료에 따르면 요오드화 조영제를 사용하는 CT 검사 및 관상동맥 조영술이 매년 평균 5% 이상 증가하는 추세다. 검사 건수가 늘면서 요오드화 조영제 투여로 인한 부작용으로, 조영제 유발 급성 신손상을 보이는 환자들도 많아지고 있다. 조영제 유발 급성 신손상은 통상적으로는 전체 검사의 5% 이하에서 발생하지만, 신부전, 당뇨, 심부전, 고령 및 신독성 약물의 동시 투여 등 위험인자를 갖고 있는 경우 발생률이 25%까지 증가해 주의가 필요하다. 

하지만 그간 조영제의 신독성을 평가할 수 있는 적절한 실험모델이 부재해, 조영제 신증에 대한 치료법을 특정하기 어려웠다. 이에 김세중 교수 연구팀은 3차원 조직칩 기술을 이용해 인간의 신장세포를 기계 칩에 배양하고, 조영제를 칩에 주입해 신독성을 평가할 수 있는 모델을 구축했다.

실제 임상에서는 삼투압이나 점도의 작은 차이를 검증하기 매우 까다롭지만, 연구팀은 3차원 조직칩을 이용한 실험모델을 통해 인간의 신장 환경을 구현하는데 성공했고, 결론적으로 미세한 조건 차이에 따른 세포손상의 작은 차이까지 효과적으로 검증할 수 있게 됐다. 

특히 3차원 조직칩에서는 유체의 흐름에 따른 전단응력(압력)을 조절 할 수 있는데, 이에 따라 신장 기능이 감소한 환경에서 세포가 받는 압력 차이를 재현해 세포가 손상되는 기전을 규명하는 것이 가능해졌다. 신장 기능이 저하된 환자의 신장 세포는 정상 세포와 달리 높은 압력이 존재하는 환경에 노출되어 있다. 연구 결과에 따르면 전단응력이 낮은 정상 환경에서는 저장성 조영제의 신독성이 많은 것으로 나타났지만, 전단응력이 높은 신부전 환경에서 신장세포는 저장성 조영제 뿐만 아니라 등장성 조영제 역시 신독성을 보였다.

연구를 주도한 김세중 교수는 “조영제 유발 급성 신손상은 단기적으로는 신기능 저하로 인한 합병증, 입원기간 증가를 가져올 뿐 아니라 장기적으로 만성 신부전, 사망과도 관련 있는 것으로 알려져 적극적 예방과 진단이 필요하다”며, “이번 연구를 통해 각 조영제의 미세한 차이에 따른 신독성을 구분할 수 있게 되어 다양한 조영제의 신독성 모델을 만들 수 있을 뿐 아니라 신독성을 예방하거나 치료할 수 있는 신약 개발 플랫폼으로도 활용될 것으로 기대된다”고 전했다.

한편 이번 연구는 국제학술지 ‘마이크로머신(Micromachines)’ 최신 호에 개재됐으며, 한국연구재단과 산업통상자원부, 분당서울대병원의 지원으로 수행됐다.