아토피 가려움증 '3D 인공 피부'로 환자별 맞춤치료 길 열어

국내 연구진이 아토피 피부염 환자의 병변 미세환경을 실험실에서 정밀하게 구현한 3차원(3D) 인공 피부 모델을 개발했다. 환자 유전체 데이터를 토대로 실제 피부와 유사한 저산소염증 환경을 재현함으로써, 치료제 반응을 예측하고 개인 맞춤형 치료 전략 수립까지 가능성을 넓혔다는 평가다.

김락균 연세의대 교수(의생명과학부) 연구팀은 인천대학교 박경민 교수, 고려대학교 최정민 교수팀과 공동으로 아토피 피부염의 병태생리를 실제 환자 피부와 유사하게 구현한 3D 인공 피부 모델을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 성과는 바이오소재 분야 국제학술지 Bioactive Materials(IF 20.3)에 게재됐다.

기존 아토피 연구는 2차원 세포 배양이나 동물 실험에 의존해 왔다. 그러나 이러한 방식은 피부 구조세포와 면역세포 간 상호작용, 병변 부위의 저산소(hypoxia) 환경 등 실제 환자 조직에서 나타나는 복합적 병태생리를 충분히 반영하지 못하는 한계가 있었다. 특히 아토피의 대표 증상인 가려움은 염증 반응을 넘어 구조세포, 면역체계, 감각 신경이 복합적으로 얽힌 결과임에도 이를 통합적으로 분석할 수 있는 실험 플랫폼은 부족했다.

연구팀은 먼저 아토피 환자 피부 조직을 단일세포 RNA 시퀀싱으로 분석해, 가려움 유발 인자를 과발현하는 특정 섬유아세포 아형(COL6A5+)을 규명했다. 이 세포들은 감각 신경과 긴밀히 상호작용하며 만성 가려움 발생에 핵심적 역할을 할 가능성이 확인됐다.

이어 젤라틴 기반 특수 하이드로젤을 활용해 해당 세포가 생존할 수 있는 3차원 구조체를 제작했다. 이 모델은 산소 확산을 정밀 제어해 병변과 유사한 저산소 상태를 구현하도록 설계됐다. 여기에 아토피 피부염의 주요 면역 자극 인자를 더해 염증저산소 미세환경을 동시에 재현했다.

그 결과, 인공 피부 모델 내 저산소 환경에 노출된 세포들이 가려움 관련 인자를 급격히 분비하고, 함께 배양된 감각 신경세포를 활성화하는 과정이 실시간으로 관찰됐다. 아토피 가려움증이 피부 구조면역계신경계 간 상호작용을 통해 유발된다는 점을 실험적으로 입증한 것이다.

이번 연구는 환자 유전체 빅데이터를 기반으로 실험 모델을 설계해 임상과 기초 연구 간 간극을 좁혔다는 점에서 의미가 크다. 동물 실험 의존도를 낮추면서도 인간 질환의 특성을 정밀하게 반영할 수 있어, 향후 신약 후보 물질의 효능 평가와 환자별 약물 반응 예측에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

김락균 교수는 환자별 맞춤형 치료 전략 수립에 활용될 수 있어 임상 현장의 치료 패러다임을 바꿀 수 있는 기술적 토대가 될 것이라며 아토피뿐 아니라 만성 염증성 피부질환 전반으로 연구를 확장해 나가겠다고 밝혔다.