세포 수축력 기반 고속 약물 스크리닝 플랫폼

초록

본 연구는 세포의 수축력을 직접 측정하여 고속으로 약물 후보를 탐색하는 새로운 스크리닝 시스템을 구축하였다. 인간 기관지 평활근세포와 눈의 Schlemm’s canal 내피세포를 모델로 사용해 천식 및 녹내장 치료제 후보를 발굴했으며, 하루에 1,000여 화합물을 처리할 수 있는 효율을 달성하였다.

상세 분석

이 논문은 기존의 고처리량 스크리닝이 신호전달 경로의 상위 단계에 국한되는 한계를 극복하고, 실제 병리학적 결과인 세포 수축력을 직접 목표로 삼은 점이 가장 큰 혁신이다. 저자들은 마이크로패턴된 탄성 기판 위에 세포를 배양하고, 기판 변형을 광학적으로 추적해 트랙션 포스(traction force)를 정량화하는 ‘포스 마이크로스코피’를 자동화하였다. 자동화된 이미지 획득·분석 파이프라인을 구축해 96‑웰 플레이트당 10 µm 두께의 폴리디메틸실록산(PDMS) 기판에 대한 변형 데이터를 실시간으로 수집하고, 이를 기반으로 각 화합물 처리 후 평균 수축력 변화를 계산한다.

스크리닝 대상은 FDA 승인 약물 및 임상 전후보 물질 2,000여 종이며, 각 화합물은 1 µM 농도로 30 분 간 처리한 뒤 수축력 변화를 측정한다. 데이터 정규화 과정에서 ‘Z‑factor’를 0.65 이상 확보해 assay의 신뢰성을 입증하였다. 주요 발견으로는 기관지 평활근에서 기존 β2‑아고니스트와는 다른 메커니즘을 갖는 ROCK 억제제, 그리고 새로운 칼슘 채널 차단제가 수축력을 현저히 감소시켰으며, Schlemm’s canal 내피세포에서는 Rho‑kinase 억제제와 특정 항염증제가 세포 수축을 완화해 안압 감소에 기여할 가능성을 보였다.

이러한 결과는 세포 물리학적 특성을 직접적인 스크리닝 지표로 활용함으로써, 약물의 기능적 효능을 보다 직관적으로 평가할 수 있음을 시사한다. 또한, 하루 1,000 화합물 처리 속도는 기존 고처리량 스크리닝과 동등하거나 그 이상이며, 실험실 규모에서 대규모 화합물 라이브러리 탐색이 가능함을 보여준다. 다만, 2차원 기판 위에서 측정된 수축력이 실제 조직의 3차원 환경과 완전히 일치하지 않을 수 있다는 점, 그리고 장기적인 세포 독성·대사 안정성 검증이 별도로 필요하다는 한계도 언급된다.