인체 모발 중 모유두세포의 체외 배양 3D 스페로이드 모델

Abstract

탈모를 가지고 있는 인구의 증가로 국내 탈모 시장은 빠르게 커지고 있고, 관련 산업이 성장기에 집입하고 있다. 탈모 시장은 탈모관리제품, 관리실, 의료 시술, 기기 및 로 세분화되고 있으며 관련하여 새로운 제품들이 개발되고 있지만 화장품과 샴푸 같은 시장의 규모가 가장 크게 차지하고 있다. 이와 같은 탈모 관련 제품 소재 또는 제품을 개발하기 위해서는 효능과 안전성을 검증 할 수 있는 과학적인 근거를 마련해야 한다. 새롭게 개발 중인 제품의 경우 곧바로 임상실험에서 안전성과 효능을 검증하기에는 시간적, 경제적 부담이 적지 않다.

2016년 이후 화장품 동물시험 금지법이 통과되어 가장 확실하게 확인 할 수 있는 마우스 털을 통한 직접적인 탈모 억제 또는 발모 효능을 눈으로 직접 확인하는데 한계가 존재한다. 다양한 후보 물질들 중 효능 검증을 통해 선택해야 하는 상황이라면 더욱더 많은 부담이 되는 실정이다. 따라서 이와 같은 효능 평가는 탈모 현상을 표방할 수 있는 세포 실험 모델로 대체되어야 한다.

현재 수행되고 있는 세포 실험은 모유두세포를 중심으로 하는 2D 기반의 세포 배양 평가로, 약물 자체의 독서 평가 및 분자 생물학적 분석은 가능하지만 발모 특성 확인 및 모유두세포와 모낭상피세포의 상호작용 관찰이 불가능 하다. 이와 같은 특성들을 확인 할 수 있도록 실제 모발 신호를 구현 할 수 있는 3D 모낭 공배양 조직체의 개발이 필요하다. 최근 3D 콜라겐 조직체를 이용하여 모발 형성이 가능한 모낭 조직체가 보고되었다. 이를 입자 패턴을 통해 효율적으로 약물 효능 평가가 가능 하도록 다수의 조직이 형성되며, 관찰이 편리한 배양 구조를 제안한다.

입자의 패턴 기판의 소재는 비부착 부분의 경우 PEG, 부착 부분의 경우 RGD peptide를 개질한 실리카 입자이다. 패턴 형상은 세포를 모을 수 있는 방사형 구조를 제안하였다. 패턴의 간격은 200 um ~ 1,400 um 중 실제 모발 사이의 거리인 800 um로 선정하였다. 방사형 패턴의 두께는 세포 하나가 올라갈 수 있는 10 um 크기와 1/3 크기인 3 um 크기로 선정하였다. 이 중 10 um 크기의 패턴 두께에서는 spheroid로 형성된 후 패턴에 따라 다시 풀리는 것을 관찰, 3 um의 경우 6일이 지나도 spheroid가 풀리지 않는 것을 관찰, 3 um로 선정하였다.

탈모에 효능이 있다고 잘 알려진 유효 약물을 처리 후 mRNA 분석결과 K25, SOX2, Vimentin, Wnt10b, OCT4, BMP4, ALP 가 대표적으로 안정적으로 신호 변화가 되는 것을 관찰 하였다. 특히 K25, ALP 가 약물에 따라 증가하는 것을 통해 각각의 약물이 모발 재생 외에도 모발의 분화에도 영향을 주는 것으로 확인 되었다. 기존 Organ 평가나 동물실험 등에 비해 과학적이고, 신호 해석이 가능한 분석 방법을 개발하였다고 판단하였다. 대량의 관찰이 가능하도록 96-well 상 고속 분석을 할 수 있는 HCS(High Content Screening) 장비를 통해 추가 연구를 수행 중이다.