초록 배경 호흡기 질환은 전 세계에서 사망 원인 2위이다. 현재 만성 폐질환에 대한 치료는 주로 보조적 치료에 그치고 있다. 지난 40년 동안 폐 질환에 대해 새로운 치료제의 계열이 도입된 경우는 매우 드물었는데, 이는 빠르고 비용 효율적이며 고처리량 시험이 가능하도록 하는 신뢰할 수 있는 폐 모델이 부족하기 때문이다. 폐 질환에 대한 새로운 치료제 개발을 가속화하기 위해, 우리는 두 가지 범주의 폐-모사(lung-mimicking) 모델을 구축하였다: (i) 건강한 폐, (ii) 질환성 폐–만성폐쇄성폐질환(COPD). 방법 폐의 복잡성을 서로 다른 정도로 모사하는 모델을 구축하기 위해, 우리는 다섯 가지 설계 구성요소를 사용하였다: (i) 세포 유형, (ii) 막 구조/구성, (iii) 환경 조건, (iv) 세포 배열, (v) 기질, 매트릭스 구조 및 조성. 폐 모델이 재현 가능하고 신뢰할 수 있는지를 확인하기 위해, 우리는 세포 장벽 기능, 투과성, 치밀연접, 조직 구조, 조직 조성, 사이토카인 분비에 대한 실시간 및 종말점(end-point) 정량·정성 측정을 통합한 품질 관리(QC) 전략을 개발하였다. 결과 건강한 모델은 (i) 연속적인 치밀연접, (ii) 생리적 세포 장벽 기능, (iii) 다중 세포층으로 구성된 전 두께의 상피, (iv) 섬모 세포와 잔 세포(goblet cells)의 존재로 특징지어진다. 한편 질환 모델은 사람의 COPD 질환을 모사하며, (i) 기능장애를 보이는 세포 장벽 기능, (ii) 섬모 세포의 고갈, (ii) 잔 세포의 과다 생성이 나타난다. 여기에서 개발된 모델은 기존의 체외(in vitro) 폐 모델에 비해 여러 가지 경쟁적 장점을 가진다: (i) 거시적(macroscale) 특성으로 인해 동일한 모델 시스템에 대해 다중 양식(multimodal) 및 상관 분석(correlative) 특성이 가능하고, (ii) 환자에서 유래한 세포를 사용함으로써 환자별 개별 모델을 생성하여 개인맞춤 의학(personalised medicine)을 가능하게 하며, (iii) 세포외기질(extracellular matrix) 단백질 인터페이스를 사용함으로써 생리적 세포 부착 및 분화를 촉진하고, (iv) 사람의 폐에서의 동적 조건을 모사하는 배지 미세순환(media microcirculation)을 활용한다. 결론 본 모델은 새로운 치료제의 안전성, 유효성 및 우수성을 시험하는 데뿐 아니라 흡입 오염물질이나 병원체에 의해 유발되는 독성 및 손상을 평가하는 데에도 활용될 수 있다. 또한 이러한 모델은 직업적 유해요인에 노출된 고위험 환자나 근로자에서 새로운 치료제의 보호 기능을 평가하는 데에도 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

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