호흡하는 폐-온-칩(Breathing lung-on-chip): 다양한 치료 양상에 걸친 호흡기 독성 평가를 위한 다목적 도구

이 논문은 아스트라제네카(AstraZeneca)와 AlveoliX 사가 협력하여 차세대 독성 평가 모델로서의 가능성을 확인한 중요한 연구입니다.

논문 정보

• 제목: Breathing Lung-On-Chip: A Versatile Tool for Assessing Respiratory Toxicity Across Multiple Therapeutic Modalities (호흡하는 폐 칩: 다양한 치료 양상에 걸친 호흡기 독성 평가를 위한 다목적 도구)

• 저자: Linnea Johansson, Giulia Raggi, James Cartwright, Johnny Lindqvist, Laurène Froment, Patrik Andersson, Catherine Betts, Jorrit J Hornberg, Nina Hobi, Anna Ollerstam, Paul Fitzpatrick

• 학술지: Archives of Toxicology (2026년 1월 게재)

• 소속 기관: 아스트라제네카(AstraZeneca) R&D, AlveoliX 등

1. Abstract

신약 개발 과정에서 흡입 약물의 폐 독성을 예측하는 것은 매우 중요하지만, 기존의 2D 세포 배양이나 동물 실험은 인간의 복잡한 폐 반응을 정확히 재현하는 데 한계가 있습니다. 본 연구에서는 AlveoliX 사의 AXLung-on-Chip 모델을 사용하여 다양한 치료 물질(저분자 화합물, 안티센스 올리고뉴클레오타이드, 항체 등)에 대한 호흡기 독성 예측 능력을 평가했습니다.

이 모델은 인간 폐포 상피세포(hAELVi)와 폐 미세혈관 내피세포(HPMEC)를 공액 배양하며, 실제 호흡과 유사한 기계적 신축(Mechanical stretch) 기능을 제공합니다. 연구 결과, 이 모델은 약물에 의한 염증 반응과 세포 손상을 민감하게 감지했으며, 특히 '호흡 운동'이 포함되었을 때 독성 물질에 대한 민감도가 향상됨을 확인했습니다.

2. 주요 연구 내용 및 결과

가. 폐-온-칩 모델의 특징

• 공액 배양 (Co-culture): 기적-액체 계면(Air-Liquid Interface, ALI)에서 폐포 상피세포와 내피세포를 함께 배양하여 실제 폐 조직의 장벽 기능을 모사했습니다.

• 호흡 모사 (Breathing): 칩 하단의 막이 주기적으로 신축되도록 하여, 숨을 쉴 때 폐포가 팽창하고 수축하는 물리적 환경을 재현했습니다.

• 장벽 무결성 (Barrier Integrity): 전기 저항(TEER) 측정을 통해 세포들이 실제 폐처럼 촘촘한 장벽을 형성하고 있음을 확인했습니다.

나. 독성 평가 결과

연구팀은 총 8가지의 대조군 및 테스트 물질을 칩에 적용했습니다.

• 기계적 신축의 중요성: 호흡 운동(Stretch)을 가했을 때, 독성 물질에 반응하여 분비되는 염증성 사이토카인(IL-6, IL-8 등)의 수치가 정지 상태(Static)일 때보다 훨씬 명확하게 나타났습니다.

• 다양한 약물 대응: 일반적인 화학 약물뿐만 아니라 최신 바이오 의약품(ASO, 항체)에 대해서도 생체 내(in vivo) 결과와 유사한 독성 반응을 감지해냈습니다.

• 예측력: 이 모델은 폐 부종, 염증 및 폐포 손상을 유발할 수 있는 물질을 높은 정확도로 식별했습니다.

3. 결론 (Conclusion)

본 연구는 AXLung-on-Chip 모델이 신약 개발의 초기 단계에서 인간의 호흡기 독성을 예측하는 데 매우 유용한 도구임을 입증했습니다. 이 기술은 다음과 같은 이점을 제공합니다.

1. 동물 실험 대체: 인간 세포를 사용하여 동물 실험 결과와의 종간 차이 문제를 해결할 수 있습니다.

2. 정밀한 예측: 물리적 호흡 환경을 결합함으로써 기존 실험법보다 더 민감하게 독성을 잡아낼 수 있습니다.

3. 범용성: 저분자부터 고분자 약물까지 다양한 제형의 안전성 평가에 적용 가능합니다.