우주 방사선을 테스트하는 칩 위의 장기

 (Multi-organ on a chip device. Credit: Naveed Tavakol and Kacey Ronaldson-Bouchard)

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여러 개의 미니 인체 장기와 조직을 만들어 칩 위에서 테스트하는 multi-organ-on-a-chip (multi-OOC) 기술이 새로운 연구 모델로 주목 받고 있습니다. 컬럼비아 대학의 나비드 타바콜 박사 (Naveed Tavakol, Ph.D., a postdoctoral research scientist in Columbia University)와 동료들은 우주 비행사의 방서선 피폭 정도를 연구할 수 있는 멀티 OOC를 개발했습니다.

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연구팀이 개발한 멀티 OOC는 특히 심우주에서 날아오는 고에너지 입자인 은하 우주선 (galactic cosmic rays (GCRs))이 인체 장기와 조직에 미치는 영향을 조사하기 위해 개발됐습니다.

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은하 우주선은 우주 멀리에서 빛애 가까운 속도로 날아오는 원자로 우주복과 우주선의 외벽도 뚫고 들어와 인체 조직을 통과하면서 다른 원자도 이온화시키고 이차적인 조직 손상을 일으키는 특징이 있습니다. 결과적으로 다른 전리 방사선보다 더 해롭습니다.

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지구에서는 두꺼운 대기와 자기장이 이를 막아주지만, 우주 공간에서는 상대적으로 얇은 우주복과 우주선 외벽만이 존재합니다. 따라서 연구팀은 짧은 시간에 많은 방사선 피폭이 일어나는 우주선 선외 임무와 우주선 내부에서 일어나는 피폭 정도를 멀티 OOC에서 테스트했습니다. 연구팀은 여기애 칩 위의 우주 비행사 (Astronaut-on-a-chip)라는 별명을 붙였습니다.

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물론 그렇다고 해서 작은 칩 위에 인체의 모든 조직을 구현한 것은 아니고 방사선에 특히 취약한 골수, 심장, 간 조직을 넣고 서로 연결해 실제 인체와 유사한 환경을 구현했습니다. 그리고 은하 우주선과 비슷한 고에너지 입자를 만들기 위해 수소와 중수소를 입자 가속기애서 가속한 후 베릴륨에 충돌시키는 실험을 진행했습니다.

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짧은 시간 강한 방사선 피폭은 0.5 gray의 선량을 15-20분에 노출시키는 강도로 진행됐고 장시간 약한 강도의 방사선 피폭은 0.04 gray의 선량을 3분씩 하루 12회, 2주간 피폭하는 방식으로 이뤄졌습니다.

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연구 결과 골수 조직과 심장 조직은 특히 짧은 시간 많은 고에너지 방사선에 매우 취약힌 모습을 보였습니다. 따라서 빈혈이나 백혈병, 심장 비대 등의 문제점이 생길 가능성이 높습니다. 연구팀은 이 상황에서 조직을 보호할 수 있는 58개의 유전자를 특정해 앞으로 치료법 개발에 대한 단서도 찾아 냈습니다.

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이렇게 칩 위의 장기는 이렇게 다양한 조직을 실제 인체처럼 연결시켜 여러 가지 테스트하는 방법으로 과학 연구를 돕고 있습니다. 물론 실제 인체와는 다르지만, 대신 실제 인간에게 할 수 없는 여러 가지 테스트가 가능하다는 점이 무시할 수 없는 큰 장점입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2024-12-astronaut-chip-multi-tissue-chips.html

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Daniel Naveed Tavakol et al, Modeling the Effects of Protracted Cosmic Radiation in a Human Organ‐on‐Chip Platform, Advanced Science (2024). DOI: 10.1002/advs.202401415