고려대학교 의과대학(학장 편성범) 융합의학교실 조일주 교수 연구팀과 연세대학교 생명공학과 조승우 교수, 세브란스 어린이병원 소아신경과 강훈철 교수, 경북대학교 전자공학부 신효근 교수 연구팀이 뇌 오가노이드의 전기신호를 실시간으로 측정하여 약물의 효과를 직접 분석할 수 있는 차세대 약물 스크리닝 시스템을 개발했다.

이번 연구는 소아 뇌전증 환자의 줄기세포로 제작한 뇌전증 오가노이드 모델에서 직접 신경 신호를 측정했다. 이를 통해 약물이 실제로 환자에게 효과가 있는지를 즉각적으로 확인할 수 있었으며, 기존의 간접적이고 시간이 오래 걸리는 평가 방식을 근본적으로 바꿀 가능성을 제시했다. 

연구팀이 개발한 플랫폼은 최대 10개의 뇌 오가노이드를 동시에 배양할 수 있다. 시스템에 내장된 미세유체 칩으로 각 오가노이드에 최대 두 가지 약물을 각각 5단계 농도로 정밀하게 투입할 수 있다. 또한, 전극을 통해 오가노이드 내부의 신경 활동을 실시간으로 측정할 수 있어, 약물 효과를 뇌세포의 신경 신호 반응으로 직접 판단할 수 있다. 이를 통해 기존에는 여러 번 반복해야 했던 수십 가지 약물·농도 조건을 한 번에 병렬로 실험할 수 있어, 신약 개발 과정에서 시간과 비용을 크게 줄일 수 있는 고속(high-throughput) 스크리닝 기술로 평가된다.

고려대 의대 융합의학교실 조일주 교수는 “기존에는 뇌 오가노이드에 약물을 투여한 뒤 결과를 간접적으로 확인하거나, 신경 신호 측정이 매우 제한적이었다”며 “이번 기술은 실제 뇌세포가 만드는 전기신호를 통해 약물 효과를 직접 확인할 수 있고, 서로 다른 약물을 동시에 테스트하며 반응을 실시간으로 측정하는 고속 스크리닝 기술을 구현했다는 점에서 매우 의미가 크다”고 설명했다.

한편, 이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 보스턴코리아 공동연구지원사업의 지원을 받아 수행되었으며, 관련 성과는 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’(IF=14.1)에 ‘다중 뇌 오가노이드의 전기생리학적 활동을 활용한 원스텝 약물 스크리닝 시스템(One-Step Drug Screening System Utilizing Electrophysiological Activity in Multiple Brain Organoids)’이라는 제목으로 게재됐다.