산전 스테로이드 투여는 조산이 예상되는 경우 태아 폐 성숙을 목적으로 사용되고 있으나, 정확한 기전과 적정 용량에 대하여 알려진 바가 없음. 이에 태반-태아 폐 장기칩(placenta-fetal lung organ chip)을 개발하여 스테로이드가 태반을 통과하여 태아 폐에 도달하였을 때의 효과에 대하여 실험하고자 함. 

최근 각광받고 있는 장기칩(organ-on-a-chip) 기술을 모체태아의학에 적용한 연구로, 최초로 태반과 태아의 장기(폐)를 모두 미세생리학 분석 플랫폼에 구성하여, 임상적으로 많이 투여되고 있는 약물인 코르티코스테로이드의 작용과 부작용을 확인하였음. 

임산부에게 투여하는 약물이 태아에게 미치는 영향을 확인하기 위한 임상시험은 윤리적·연구방법론적으로도 매우 어렵고 한계가 있음. 임신을 생리학적·생물학적으로 미세생리학 분석 플랫폼에서 재현하는 것은, 임신 중 약물이 모체 및 태아에게 미치는 영향을 모니터링하는 데 유용한 연구방법이 될 수 있음을 보여준 연구임.

□ 산전 스테로이드 투여는 조산이 예상되는 경우 태아 폐 성숙을 목적으로 사용되고 있으나, 정확한 기전과 적정 용량에 대하여 알려진 바가 없다. 이에 태반-태아 폐 장기칩(placenta-fetal lung organ chip)을 개발하여 스테로이드가 태반을 통과하여 태아 폐에 도달하였을 때의 효과에 대하여 실험하고자 하였다.

□ 미세생리학 분석 플랫폼(microphysiological analysis plaform, MAP)에 태반과 혈관, 태아 폐 세 가지 공간으로 구성하여 각각 세포를 배양하여 층을 구성하고 여러 가지 농도의 베타메타손과 덱사메타손을 투여하면서 태반 칩의 변화를 확인하고, 태아 폐 칩에서 생성되는 계면활성제 농도를 측정하였다. 스테로이드의 농도가 증가함에 따라 태반 칩을 넘어 태아 폐 칩에서 생성되는 계면활성제의 농도는 증가하였지만, 특정 농도부터는 생성되는 계면활성제의 양에 변화가 없는 지점이 있었으며, 이 농도에서는 태반세포로 구성된 층의 손상이나 활동력 상실을 확인할 수 있었다.

스테로이드의 농도가 증가함에 따라 태반칩을 넘어 태아 폐 칩에서 생성되는 계면활성제의 농도는 증가하였지만, 특정 농도부터는 생성되는 계면활성제의 양에 변화가 없는 지점이 있었으며, 이 농도에서는 태반세포로 구성된 층의 손상이나 활동력 상실을 확인할 수 있었다. 임산부에게 투여하는 약물이 태아에게 미치는 영향을 확인하기 위한 임상시험은 윤리적·연구방법론적으로도 매우 어렵고 한계가 있다. 본 연구는 임신을 생리학적·생물학적으로 미세생리학 분석 플랫폼에서 재현하는 것은 임신 중 약물이 모체 및 태아에게 미치는 영향을 모니터링하는 데 유용한 연구방법이 될 수 있다는 가능성을 제시한 연구이다.

 o 분당서울대학교병원은 이미 장기칩 분야에 있어 경험이 많은 연구진들이 공동연구체를 구성하여 다양한 장기와 질병에 대한 첨단의 다학제 연구를 해왔습니다. 그 중 2020년 산업기술혁신사업 3D 생체조직칩기반 신약개발 플랫폼구축사업 중 3D 생체조직칩 제품화기술개발사업에서 “3D 다중장기 미세환경 통합플랫폼 기반 질환모델 및 약물효능 평가 기술개발 (총괄책임연구자: 서울대학교 의과대학/분당서울대학교병원 신장내과 김세중 교수)” 과제에 공동연구자로 참여하게 되면서 임산부와 관련된 태반칩 부분의 개발을 제가 담당하게 되었습니다.

 o 동물실험을 대체하면서 인체 친화적인 실험 플랫폼을 개발하는 연구라고 하여 특히 윤리적·의학적으로 연구하기 어려운 대상인 임산부에 대한 접근이 가능하겠다는 생각으로 관심을 갖게 되었습니다. 다만, 산부인과 전문의로서 공학 및 자연과학에 익숙하지 않아 연구 진행에 어려움을 겪던 중 2021년 하버드 의과대학의 생명공학(Bioengineering) 분야의 세계적 대가인 Luke P. Lee 교수님 연구실로 장기연수를 갈 수 있는 기회가 생겼습니다. 본 연구는 거기서 Luke P. Lee 교수님의 지도 및 협업을 통하여 시작하여 제가 분당서울대학교병원에 돌아온 후 마무리하였습니다.

 o 장기칩 혹은 미세생리학 분석 플랫폼은 미국 NIH에서도 가장 중요한 연구주제라고 지정할 만큼 최근 다양한 시도가 활발하게 이루어지고 있는 분야입니다. 특히 폐, 콩팥, 장, 간, 뇌와 같은 장기에서 적용된 연구들이 많은데, 임산부 혹은 임신 중 태아에 대한 접근은 비교적 덜 이루어진 상황입니다. 기존의 연구시도가 많지 않다 보니 개척해나가야 하는 부분이 분명하여 연구주제의 디자인부터 실행까지 사실 어려움이 많았습니다. 

 o 모체태아의학 분야에 장기칩을 접목하고, 칩 위에 성인의 장기를 재현하는 것을 넘어서 임신 상황을 재현하는 태반과 태아의 장기인 폐를 재현하려고 노력했다는 점, 현재 임상적으로 많이 임산부에게 투여하고 있는 스테로이드에 대한 작용과 부작용을 탐구했다는 점에서 의미를 갖는 연구입니다. 임산부와 태아는 임상시험을 하기 어려운 대상인만큼 모체태아의학에서 장기칩의 개발이 다양한 연구를 체외에서 실험해볼 수 있는 좋은 도구로써 가능성이 있음을 보여준 연구입니다. 

 o 서울대학교 의과대학과 하버드 의과대학의 공동연구라는 점에서도 의미를 갖는 연구입니다. Luke P. Lee 교수님은 장기칩을 비롯한 생명공학 분야의 세계적 석학으로, 그분께 배우고 제가 전문으로 하고 있는 분야를 접목시키는 과정에서 지도를 받을 수 있었던 것을 큰 영광으로 생각하고 있습니다. 최근 다양한 한미 공동연구 과제들이 제안되고 있는 만큼 본 연구가 성공적인 공동연구의 예가 되기를 바랍니다.