안전성평가연구소(KIT)는 비알코올 지방간질환(NAFLD)에 대한 3차원 세포모델을 구현하고, 임피던스 측정을 통해 NAFLD의 진행정도를 비임상 연구단계에서 평가할 수 있는 새로운 시스템을 개발했다고 밝혔다.

비알코올 지방간질환(Non-alcoholic Fatty Liver Disease, NAFLD)은 알코올 섭취력 없이 알코올성 간염과 유사한 조직소견을 보이는 질환으로, 단순 지방간으로부터 간세포 손상과 염증반응이 나타나는 지방간염과 간섬유화 및 간경변 단계까지를 포함하는 대표적인 만성 간질환이다.

NAFLD는 비만, 당뇨 등 대사성증후군과 함께 서구에서 가장 높은 빈도로 유발되는 만성 간질환으로 알려져 있다.

최근 아시아를 비롯한 우리나라에서도 식습관 변화와 함께 유병율이 16~33% 정도로 급격히 증가하는 추세이나, FDA에 공식적으로 승인된 치료제는 아직 개발되지 않고 있다. 

기존 NAFLD 진행단계를 평가하기 위해서는 침습성 생검을 통한 조직 검사를 표준방법으로 사용하고 있지만 적은 조직이 전체 간을 대변하기 어렵고, 판독자에 따라서도 오차가 발생하고 있어 NAFLD의 치료제 스크리닝 및 후보 약물의 효능을 입증하기 어려운 한계가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 안전성평가연구소는 비임상 연구단계에서 NAFLD의 진행정도를 정량적으로 평가할 수 있는 시스템을 개발하기 위해 임피던스 연구를 진행했다.

임피던스(Impedance)는 교류 회로의 전압과 전류의 비(比)로 나타나는 복합저항으로 2차원 세포모델에서 사멸 및 세포 형태변화 모니터링에 활용되거나, 인바디 측정과 같이 인체의 체지방량 측정의 원리로도 사용되고 있다.

분자독성연구그룹 연구팀은 임피던스를 활용한 NAFLD 평가를 위해 전도성 액체가 들어있는 마이크로채널에 3차원 NAFLD 세포모델을 주입시키고 다양한 임피던스 파라미터를 분석했다.

그 결과, NAFLD 진행 경과에 따른 세포모델 내 중성지방의 증가, 염증에 의한 세포 확장, 막간 단백질 손상 및 간 섬유화 정도에 따른 경도 증가 등 임상에서 나타나는 NAFLD의 특징을 임피던스 파라미터의 변화를 통해 정량적으로 평가할 수 있음을 세계 최초로 밝혀냈다.

또한, 3차원의 정상 간조직과 단순 지방간, 지방간염 세포모델에 일정한 압력하에 주파수별로 임피던스 파라미터를 측정하고, 내·외부 저항값 및 정전용량 변화 값을 이용한 모델링 분석을 통해 단순 지방간과 지방간염을 구분 할 수 있다.

아울러, 정상 간조직과 간 섬유화 조직에 압력을 주었을 때 정상 간조직에 비해 간섬유화 조직에서 저항값의 변화량이 작아져 물리적인 경도가 증가(굳어짐)함을 확인할 수 있으며, 이를 통해 간 섬유화를 평가할 수 있다.

이번 연구를 통해 NAFLD를 정량적으로 평가할 수 있는 평가법을 제시함으로써 NAFLD에 대한 새로운 치료제 개발 가속화 및 NAFLD를 유발시킬수 있는 유해인자 탐색에 활용할 수 있을 것으로 기대 된다. 


 
특히, 이번 연구 결과는 임상단계의 NAFLD 진단기준을 이용, 비임상 단계의 간조직 모델에서 NAFLD의 진행정도와 임피던스 변화 간의 상관성을 규명해 새로운 NAFLD 평가법을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다.

분자독성연구그룹 오정화 박사는 “이번 연구는 간 조직 외에도 심장 또는 폐 등의 타 장기 유사구조체 및 질환 오가노이드 모델 평가에도 적용 가능할 것으로 기대 된다”며 “임피던스를 활용한 새로운 질환 평가 시스템 개발을 위해 계속해서 연구해 나갈 계획” 이라고 밝혔다.

NAFLD의 정량적 평가 기술은 현재 국내 특허 등록을 완료했으며, 미국과 일본의 특허 출원을 완료해 등록 심사 중에 있다.


  
한편, 해당 연구는 안전성평가연구소 기관 주요사업 ‘BIT 융합 인체독성예측 플랫폼 기술개발’ 과제로 수행됐고, 연구 논문은 생체재료공학분야 1위 저널인 ‘Biomaterials(IF 10.3)’의 제 268권호에 올해 1월 게재됐다. /유호상 기자