성균관대 연구진, '장-뇌-혈관' 연결하는 3차원 생체 칩 개발

뇌 질환이 전신 장벽의 건강 해치는 양방향 경로 확인

장내 독소가 혈관 타고 뇌로 전달…치매 등 뇌 질환 유발되는 과정 구현

[서울=뉴시스] 성균관대 조한상(왼쪽) 교수(교신저자), 민뜨란 연구원(제1저자). (사진=성균관대 제공) 2026.02.10. [email protected] *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 성균관대학교는 양자생명물리과학원·생명물리학과 조한상 교수 연구팀이 하버드 의과대학 및 루크 리(Luke P. Lee) UC버클리 교수 연구팀과 공동으로, 인간의 장·혈관·뇌를 하나로 연결한 3차원 미세생체모사 플랫폼(hGBV)을 개발했다고 10일 밝혔다.

최근 과학계에서는 장내 미생물과 염증 상태가 뇌 기능에 영향을 미친다는 '장-뇌 축(Gut-Brain Axis)' 이론이 주목받고 있다. 하지만 기존 실험 모델은 장과 뇌 사이의 복잡한 상호작용과 그 사이를 잇는 혈관 시스템을 충분히 구현하지 못해 실제 질병이 발생하는 과정을 정밀 관찰하는 데 한계가 있었다.

연구진은 이를 해결하고자 미세한 관으로 장, 혈관, 뇌 구획을 연결한 3차원 플랫폼을 구축했다. 해당 시스템은 인간의 장 상피 세포와 미세혈관 구조, 신경세포와 성상세포가 포함된 뇌 조직을 통합해 실제 인체의 순환 시스템을 모사했다.

이를 이용해 두 가지 핵심 경로가 확인됐는데, 우선 '장→뇌' 경로에서는 장에 세균 독소(LPS 등)를 주입했을 때 장벽과 혈관벽이 차례로 무너지며 독소가 뇌로 침투하는 것이 드러났다. 이 과정에서 뇌 조직 내 신경염증이 발생하고, 알츠하이머 치매의 주요 원인 중 하나인 '타우(p-tau) 단백질'이 축적되는 현상이 재현됐다.

이어 '뇌→장' 경로에서는 뇌 구획에 알츠하이머나 파킨슨병 관련 자극을 줬을 때, 뇌의 염증 신호가 역으로 혈관을 타고 내려가 장벽 기능을 망가뜨리는 '피드백' 현상이 발견됐다. 이는 뇌 질환이 단순히 뇌만의 문제가 아니라 전신 장벽(혈관·장)의 건강을 동시에 악화시킬 수 있음을 보여주는 중요한 증거다.

[서울=뉴시스] 3차원 생체모사 플랫폼의 개략도. (사진=성균관대 제공) 2026.02.10. [email protected] *재판매 및 DB 금지

조 교수는 "이번 연구 성과는 장-뇌-혈관 축을 표적하는 신경 및 위장 질환 연구에서 치료 전략을 평가할 수 있는 강력한 전임상 도구가 될 것"이라며 "동물 실험을 대체하거나 보완해 신약 개발의 효율성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 온라인 게재됐으며, 과기정통부 한국연구재단(NRF), 치매극복연구개발사업(KDRC) 및 중소벤처기업부 등의 지원을 받아 수행됐다.


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