인공심장 심혈관 정보 실시간 측정 ‘3차원 바이오센서’ 개발

인공 심장의 전기 신호와 기계 신호 동시에 측정

인공 심장의 심혈관 정보를 실시간으로 측정하는 3차원 바이오 센서가 개발됐다.

경희대학교는 정보전자신소재공학과 박윤석 교수 연구팀이 심혈관 치료의 새로운 장을 열 3차원 바이오 센서를 개발했다고 9월 13일 밝혔다.

배아줄기세포나 유도만능줄기세포와 같은 만능줄기세포는 정밀한 분화 제어를 통해 정확한 조직 형태를 가진 유사 장기(Organoid)로 분화할 수 있어 다양한 인공장기로 활용돼 질환 모델링 및 치료제 개발에 사용된다. 

그중 인공 심장은 인간의 심장과 유사하게 규칙적이고 자발적인 수축기와 이완기를 보일 뿐만 아니라, 동시에 심장 근육을 통해 통과하는 전류의 흐름을 가져 다양한 심혈관 질환을 연구할 수 있다.

기존의 인공 심장은 2차원 형태의 막대 형태로 배양돼 3차원의 심장 움직임을 구현하지 못했으며, 심장 조직의 심전도를 측정하는 센서를 부착하기 어려워 광학적인 방법으로 분석되기 어렵다는 한계가 있었다. 

이러한 상황 속에서 이번에 박윤석 교수 연구팀이 개발한 3차원 바이오 센서는 인간 유도 줄기세포를 활용해 배양한 인공 심장의 심전도와 심장 박동 운동을 측정할 수 있으며, 이를 통해 다양한 심혈관 질환을 분석할 수 있다. 

특히, 이번 연구에서는 심장의 단면과 유사한 형태를 가지는 링 형태의 인공 심장을 배양했으며, 개발한 인공 심장에는 다양한 센서가 부착돼 인공 심장에서 발생하는 전기적·기계적 신호를 통시에 측정할 수 있다.

박윤석 교수는 “3차원 바이오 센서 플랫폼을 개발해 다양한 질환의 치료법 개발에 도움될 수 있도록 노력할 것”이라고 밝혔다. 

한편, 이번 연구는 한국연구재단과 KIST 위탁연구 사업의 지원으로 진행됐으며, 소프트 일렉트로닉스 분야를 선도하는 미국의 노스웨스턴대학교 존 로저스(John Rogers) 교수 연구팀, 노스웨스턴대학교 의과대학의 엘리자베스 맥낼리(Elizabeth McNally) 교수 연구팀, 한양대학교 오세용 교수가 참여했다.