국내 연구진이 환자의 피부 환경을 구현한 ‘차세대 3차원 인공 피부 모델’을 개발했다. 아토피 피부염 환자의 특수한 병변 환경을 실험실에 재현해 치료제 효과를 규명하고, 나아가 개인 맞춤형 신약 개발을 앞당길 것으로 주목받고 있다.
연세대학교 의과대학 의생명과학부 김락균 교수 연구팀은 인천대 박경민 교수, 고려대 최정민 교수팀과 공동으로 아토피 피부염의 미세환경을 실제 피부와 유사하게 재현한‘3차원 인공 피부 모델’을 개발했다.
기존 아토피 연구는 주로 2차원 세포 배양이나 동물 실험을 통해 진행해왔다. 하지만 이는 구조세포와 면역세포의 상호작용, 특유의 저산소(Hypoxia) 환경 등 실제 환자의 피부 조직에서 나타나는 복잡한 병태생리를 반영하지 못해 약물 반응을 정확히 예측하는 데 한계가 있었다. 특히 가려움은 단순한 염증 반응이 아니라 피부 구조세포, 면역 반응, 감각 신경이 얽힌 복합 증상임에도 불구하고 이를 통합적으로 연구할 수 있는 실험 플랫폼은 부족했다.
연구팀은 먼저 아토피 환자의 피부 조직을 세포 단위에서 분석하는 ‘단일세포 RNA 시퀀싱’을 통해 가려움 유발 인자를 과발현하는 특정 섬유아세포(COL6A5⁺) 아형을 찾아냈다. 이 세포들은 감각 신경과 상호작용하며 만성 가려움을 유발할 가능성을 보였다.
이어 젤라틴 기반의 특수 하이드로젤을 이용해 이 세포들이 생존할 수 있는 3차원 구조체를 제작했다. 이 모델은 산소 확산을 정밀하게 제어해 환자의 병변과 유사한 저산소 상태를 형성할 수 있도록 설계됐다. 여기에 아토피 피부염의 핵심 면역 자극 인자를 적용해 실제 질환과 유사한 염증·저산소 미세환경을 재현했다.
연구 결과, 이 인공 피부 모델 내에서 저산소 환경에 노출된 세포들은 가려움 관련 인자를 급격히 내뿜었으며, 함께 배양된 감각 신경세포를 활성화하는 과정이 실시간으로 확인됐다. 이는 아토피의 핵심 증상인 가려움증이 피부 구조-면역체계-신경계의 복합적인 상호작용에 의해 발생함을 실험적으로 증명한 것이다.
이번 연구는 환자의 유전체 빅데이터를 기반으로 실험 모델을 설계함으로써 임상 현장과 실험실의 간극을 획기적으로 줄였다는 점에서 의미가 있다. 특히 동물 실험 의존도를 낮추면서도 인간 질환의 특성을 정확히 반영할 수 있어, 향후 신약 후보 물질의 효능 평가와 환자 맞춤형 정밀 의료 기술에 널리 활용될 전망이다.
김락균 교수는 “환자별 맞춤형 치료 전략 수립에 활용될 수 있어 임상 현장의 치료 패러다임을 바꿀 수 있는 기술적 토대가 될 것으로 기대한다”라며 “앞으로 아토피뿐만 아니라 만성 염증성 피부질환 전반의 치료 전략 수립에도 활용할수 있도록 연구를 이어가겠다”고 했다.
이번 연구 결과는 바이오 소재 분야 국제 학술지 ‘바이오액티브 머티리얼즈(Bioactive Materials)’에 최근 게재됐다.
연세대학교 의과대학 의생명과학부 김락균 교수 연구팀은 인천대 박경민 교수, 고려대 최정민 교수팀과 공동으로 아토피 피부염의 미세환경을 실제 피부와 유사하게 재현한‘3차원 인공 피부 모델’을 개발했다.
기존 아토피 연구는 주로 2차원 세포 배양이나 동물 실험을 통해 진행해왔다. 하지만 이는 구조세포와 면역세포의 상호작용, 특유의 저산소(Hypoxia) 환경 등 실제 환자의 피부 조직에서 나타나는 복잡한 병태생리를 반영하지 못해 약물 반응을 정확히 예측하는 데 한계가 있었다. 특히 가려움은 단순한 염증 반응이 아니라 피부 구조세포, 면역 반응, 감각 신경이 얽힌 복합 증상임에도 불구하고 이를 통합적으로 연구할 수 있는 실험 플랫폼은 부족했다.
연구팀은 먼저 아토피 환자의 피부 조직을 세포 단위에서 분석하는 ‘단일세포 RNA 시퀀싱’을 통해 가려움 유발 인자를 과발현하는 특정 섬유아세포(COL6A5⁺) 아형을 찾아냈다. 이 세포들은 감각 신경과 상호작용하며 만성 가려움을 유발할 가능성을 보였다.
이어 젤라틴 기반의 특수 하이드로젤을 이용해 이 세포들이 생존할 수 있는 3차원 구조체를 제작했다. 이 모델은 산소 확산을 정밀하게 제어해 환자의 병변과 유사한 저산소 상태를 형성할 수 있도록 설계됐다. 여기에 아토피 피부염의 핵심 면역 자극 인자를 적용해 실제 질환과 유사한 염증·저산소 미세환경을 재현했다.
연구 결과, 이 인공 피부 모델 내에서 저산소 환경에 노출된 세포들은 가려움 관련 인자를 급격히 내뿜었으며, 함께 배양된 감각 신경세포를 활성화하는 과정이 실시간으로 확인됐다. 이는 아토피의 핵심 증상인 가려움증이 피부 구조-면역체계-신경계의 복합적인 상호작용에 의해 발생함을 실험적으로 증명한 것이다.
이번 연구는 환자의 유전체 빅데이터를 기반으로 실험 모델을 설계함으로써 임상 현장과 실험실의 간극을 획기적으로 줄였다는 점에서 의미가 있다. 특히 동물 실험 의존도를 낮추면서도 인간 질환의 특성을 정확히 반영할 수 있어, 향후 신약 후보 물질의 효능 평가와 환자 맞춤형 정밀 의료 기술에 널리 활용될 전망이다.
김락균 교수는 “환자별 맞춤형 치료 전략 수립에 활용될 수 있어 임상 현장의 치료 패러다임을 바꿀 수 있는 기술적 토대가 될 것으로 기대한다”라며 “앞으로 아토피뿐만 아니라 만성 염증성 피부질환 전반의 치료 전략 수립에도 활용할수 있도록 연구를 이어가겠다”고 했다.
이번 연구 결과는 바이오 소재 분야 국제 학술지 ‘바이오액티브 머티리얼즈(Bioactive Materials)’에 최근 게재됐다.
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