부드러운 배지에서 부하가해 배양
횡문이나 세포간 결합도 확인
이 새로운 모델은 바이오 인공 섬유주(bioartificial trabeculum;BAT)라 부르는데, 섬유주는 펌프운동을 하는 심강의 안쪽에 있는 얇은 심장조직이다. 사람에 대한 임상응용은 아직 불가능하지만 심장의 전기·기계적 장애를 포함하는 심질환 연구에서 귀중한 과학적 수단이 될 것으로 보고 있다.
Cascio교수는 『이 연구의 목적은 심근세포를 분리하고, 적절한 조건 하에서 기능적인 방법으로 세포 끼리 유착시키면 인공조직이 생성되는지 여부를 조사하는 것이었다』고 말했다.
교수에 의하면 BAT의 발상은 UNC 정형외과학 Albert J. Banes교수에 의한 인공 건(腱)의 개발에 관한 생물의용공학 강연에서 밝혀졌다.
교수는 18년 전에 자신이 설립한 Flexcell International社(노스캐롤라이나주 소재)를 통해 특수한 조직 플레이트를 개발했는데, 이것은 콜라겐겔 속의 세포가 단독으로 조직과 유사한 구조로 리모델링할 수 있는 유용한 배양기라는 사실을 입증했다.
당시 다른 연구들은 세포를 경질 구조(격자) 상에 부착시켜 성장시키고 있었다.
교수는 『Flexcell International社의 기반 기술은 연질 배양 기판이다. 그 배경에는 인체조직의 모든 세포에는 어떤 형태로 기계적 부하가 걸려있다는 견해가 있다. 주기적인 장력(張力)이 그 한 례다. 우리는 동적인 환경에서 연질 배양기 상에서 세포를 성장시키는 편이 좋다고 생각했다. 그렇게 하면 조직세포를 일정 방법으로 신장시켜 건, 근육, 골, 인대 및 연골에 대한 기계적 부하의 효과를 타겟으로 할 수 있는데다가 혈관 속의 혈류에 의해 발생하는 응력(shear stress)을 추가시킬 수 있기때문이다. Cascio교수는 심근세포를 배양시켜 심근조직 같은 재료를 생성시키고 즉시 배양기속에서 시험할 수 있다는 사실에 알아냈다. 이것이 공동연구의 시작이었다』고 말했다.
조직 모델을 개발하기위해 Cascio교수와 그의 조수인 Joseph Brackhan씨는 태어난지 하루된 래트의 심근세포를 분리하여 콜라겐과 혈청의 용액에 섞고, 특수 제작된 플레이트(Flexcell Tissue Train Plate, 사진)에 넣어 일정온도에서 겔상태로 만들었다.
이 플레이트에는 구멍이 나 있는데 각 구멍에는 양쪽 끝이 2개의 나일론 끈으로 이어져 있다. 구멍 아래에는 연질의 실리콘 고무로 돼 있다.
4일간 배양시킨 결과, 심근세포가 겔의 중심으로 이동하여 2개의 끈 사이에 확산되는 조밀한 조직띠를 형성했다.
조직띠는 매분 100회 주기적으로 수축한다는 사실이 현미경을 통해 확인됐다. 시험 결과, 심장조직에 특유한 횡문(橫紋)이 있고 그 외에도 심장조직에 특유한 세포간 결합이 있는 것으로 판명됐다.
Cascio교수의 장기적 목표는 정상적인 심장생리기능에 대한 기계적 부하의 영향 연구와 울혈성 심부전 등의 심질환연구 모델 시스템의 개발에 이 시스템을 응용하는 것이다.
교수는 『이 모델은 심장의 표면에 사용할 수 있는 조직 패취를 만들 수 있는 수단이자 심질환에 대한 일종의 심근성형술의 수단이 될 수도 있지만, 아직 연구 초기단계』라고 설명했다.