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'''장기 칩'''(Organ on a chip)은 전자회로가 놓인 칩 위에 살아있는 특정 장기를 구성하는 세포를 배양함으로써, 해당 장기의 기능과 특성뿐만 아니라, 역학적, 생리적 세포반응을 모방하는 기술이다. 특정 장기의 세포운동이나 물리 화학적 반응의 메커니즘을 상세하게 연구할 수 있고, 또 신약개발이나, 독성평가에 대한 모델로서 이용될 것으로 기대 받고 있는 소재이다<ref name="진짜 폐처럼 팔딱팔딱, 눈처럼 깜빡깜빡… ‘생체 칩’의 진화">{{웹 인용|제목=진짜 폐처럼 팔딱팔딱, 눈처럼 깜빡깜빡… ‘생체 칩’의 진화|url=http://news.donga.com/3/all/20160318/77064572/1}}</ref><ref>{{저널 인용|성1=Huh|이름1=DD|제목=A human breathing lung-on-a-chip.|저널=Annals of the American Thoracic Society|날짜=2015-03|권=12 Suppl 1|pmid=25830834}}</ref><ref>{{웹 인용|제목=Organs-on-a-Chip for Faster Drug Development|url=http://www.scientificamerican.com/article/organs-on-a-chip/}}</ref><ref>{{저널 인용|제목=A human disease model of drug toxicity-induced pulmonary edema in a lung-on-a-chip microdevice.|pmid=23136042}}</ref>
[[파일:Organ on a chip(Eye, Lung).jpg|섬네일|Organ on a chip.]]
전자회로는 장기 칩의 종류에 따라 역할이 다르지만, 공통적으로 장기내부의 모세혈관을 모방해주는 역할과, physiological response를 sensing 하여 데이터로 표출하는 역할을 수행한다. 폐 칩 에서는 media fluid system으로 체액과 공기의 흐름을 전자회로를 이용하여 체내를 모방하였고,<ref>{{저널 인용|성1=Huh|이름1=DD|제목=A human breathing lung-on-a-chip.|저널=Annals of the American Thoracic Society|날짜=2015-03|권=12 Suppl 1|pmid=25830834}}</ref> 눈 칩 에서는 세포 종류 별로 구획화 하면서, 인공눈물을 정기적으로 공급하는데 전자회로가 이용된다.

== 역사 ==
최초의 장기 칩은 2010년  허동은 펜실베니아대 바이오공학과 교수의 주관으로 미국 하버드 위스연구소(Wyss Institute)에서 개발한 약 3cm 가량의 작은 크기의 플라스틱 칩 위에 전자회로와 함께 폐 세포를 배양한 폐 칩이다.<ref>{{웹 인용|제목=동아사이언스 뉴스 '장기칩의 진화'|url=http://news.donga.com/3/all/20160318/77064572/1}}</ref>
마이크로 칩 제조 방법으로 전자회로가 깔린 칩 위에 미세 세포 배양 환경을 구축하여 관류 챔버 속에 살아있는 폐 세포와 혈관 세포를 배양함으로써 실제 폐처럼 허파꽈리와 모세혈관을 갖추고 산소와 이산화탄소를 교환하는 기능을 수행한다.
이 폐칩은 폐 관련 질환에 감염되어 질환의 진행상황을 그대로 묘하며 실시간으로 관찰이 가능하다. 심지어 단일 질환이 아닌, 화학요법의 부작용으로 유발된 합병증까지 모사할 수 있는 것으로 알려져 있다.

폐 칩 이후 장기 칩은 심장<ref>{{저널 인용|성1=Grosberg|이름1=A|성2=Alford|이름2=PW|성3=McCain|이름3=ML|성4=Parker|이름4=KK|제목=Ensembles of engineered cardiac tissues for physiological and pharmacological study: heart on a chip.|저널=Lab on a chip|날짜=2011-12-21|권=11|호=24|pmid=22072288}}</ref>, 눈<ref>{{웹 인용|제목=A HUMAN BLINKING ‘EYE-ON-A-CHIP’|url=http://www.rsc.org/images/loc/2014/PDFs/Papers/239_0492.pdf}}</ref><ref>{{저널 인용|성1=Chan|이름1=YK|성2=Sy|이름2=KH|성3=Wong|이름3=CY|성4=Man|이름4=PK|성5=Wong|이름5=D|성6=Shum|이름6=HC|제목=In Vitro Modeling of Emulsification of Silicone Oil as Intraocular Tamponade Using Microengineered Eye-on-a-Chip.|저널=Investigative ophthalmology & visual science|날짜=2015-05|권=56|호=5|pmid=26024114}}</ref>, 동맥<ref>{{저널 인용|성1=Yasotharan|이름1=S|성2=Pinto|이름2=S|성3=Sled|이름3=JG|성4=Bolz|이름4=SS|성5=Günther|이름5=A|제목=Artery-on-a-chip platform for automated, multimodal assessment of cerebral blood vessel structure and function.|저널=Lab on a chip|날짜=2015-06-21|권=15|호=12|pmid=25990299}}</ref>, 신장<ref>{{저널 인용|성1=Wilmer|이름1=MJ|성2=Ng|이름2=CP|성3=Lanz|이름3=HL|성4=Vulto|이름4=P|성5=Suter-Dick|이름5=L|성6=Masereeuw|이름6=R|제목=Kidney-on-a-Chip Technology for Drug-Induced Nephrotoxicity Screening.|저널=Trends in biotechnology|날짜=2016-02|권=34|호=2|pmid=26708346}}</ref> 등 여러 모델이 개발되어 있으며, 장기의 세포운동이나 물리 화학적 반응의 메커니즘을 상세하게 연구할 수 있고, 또 신약개발이나, 독성평가에 대한 모델로서 이용될 것으로 기대 받고 있다.

== 장기 칩의 종류 ==
===대표적인 장기 칩의 종류===
{| class="wikitable"
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! 년  도 !! 기 술 명 !! 연 구 기 관 !! 관 련 논 문
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| 2010 || Lung on a chip || 미국 하버드대학 위스연구소 허동은교수팀 || A Human Breathing Lung-on-a-Chip<ref>{{저널 인용|성1=Huh|이름1=Dongeun (Dan)|제목=A Human Breathing Lung-on-a-Chip|저널=Annals of the American Thoracic Society|날짜=2015-03|권=12|호=Supplement 1|doi=10.1513/AnnalsATS.201410-442MG}}</ref>
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| 2011 || Heart on a chip || 미국 하버드대학 위스연구소 Kevin Kit Parker || Ensembles of engineered cardiac tissues for physiological and
pharmacological study: Heart on a chip†,‡<ref>{{저널 인용|성1=Grosberg|이름1=Anna|성2=Alford|이름2=Patrick W.|성3=McCain|이름3=Megan L.|성4=Parker|이름4=Kevin Kit|제목=Ensembles of engineered cardiac tissues for physiological and pharmacological study: Heart on a chip|저널=Lab on a Chip|날짜=2011|권=11|호=24|doi=10.1039/c1lc20557a}}</ref>
|-
| 2014 || Eye on a chip || 미국 펜실베니아대학 허동은교수팀 || A HUMAN BLINKING 'EYE-ON-A-CHIP'<ref>{{웹 인용|제목=A HUMAN BLINKING ‘EYE-ON-A-CHIP’|url=http://www.rsc.org/images/loc/2014/PDFs/Papers/239_0492.pdf}}</ref>
|-
| 2016 || Kidney on a chip || 네덜란드 Division of Pharmacology, Utrecht Institute for Pharmaceutical Sciences, Utrecht University Rosalinde Masereeuw팀 || Kidney-on-a-Chip Technology for Drug-Induced Nephrotoxicity Screening<ref>{{저널 인용|성1=Wilmer|이름1=Martijn J.|성2=Ng|이름2=Chee Ping|성3=Lanz|이름3=Henriëtte L.|성4=Vulto|이름4=Paul|성5=Suter-Dick|이름5=Laura|성6=Masereeuw|이름6=Rosalinde|제목=Kidney-on-a-Chip Technology for Drug-Induced Nephrotoxicity Screening|저널=Trends in Biotechnology|날짜=2016-02|권=34|호=2|doi=10.1016/j.tibtech.2015.11.001}}</ref>
|}
===Lung on a chip===
폐 칩은 최초의 장기 칩으로서, 2010년 미국 하버드대학의 위스 연구소(Wyss Institute)에서 허동은 펜실베니아 교수주관으로 개발되었다. 칩 위에 전자회로를 설치하고,
폐 세포와 모세혈관 세포를 배양하면서 폐 세포에 진공펌프를 이용하여 물리적으로 호흡을 모사하는 팽창, 수축운동을 반복적으로 조성해주었고, 모세혈관 세포영역에는
혈액을 모사하는 배양액을 흐르게 하여 산소공급과 영양분, 노폐물 교환기능을 모방하였다.
투명한 칩을 통해 호흡간 허파꽈리의 운동을 실시간으로 관찰할 수 있다.<ref name="진짜 폐처럼 팔딱팔딱, 눈처럼 깜빡깜빡… ‘생체 칩’의 진화">{{웹 인용|제목=진짜 폐처럼 팔딱팔딱, 눈처럼 깜빡깜빡… ‘생체 칩’의 진화|url=http://news.donga.com/3/all/20160318/77064572/1}}</ref><ref>{{저널 인용|성1=Huh|이름1=Dongeun (Dan)|제목=A Human Breathing Lung-on-a-Chip|저널=Annals of the American Thoracic Society|날짜=2015-03|권=12|호=Supplement 1|doi=10.1513/AnnalsATS.201410-442MG}}</ref>
[[파일:Lung-on-a-Chip fig2.jpg|오른쪽|500x500픽셀|Lung-on-a-Chip fig2]]

===Heart on a chip===
심장 칩은 2011년 미국 하버드대학의 위스 연구소(Wyss Institute)에서 Kevin Kit Parker 연구팀에 의해 개발되었다.
심근, 심혈관 관련 질환 연구에 이용되며, 신약개발분야에서도 이용되고 있다.<ref>{{저널 인용|성1=Grosberg|이름1=Anna|성2=Alford|이름2=Patrick W.|성3=McCain|이름3=Megan L.|성4=Parker|이름4=Kevin Kit|제목=Ensembles of engineered cardiac tissues for physiological and pharmacological study: Heart on a chip|저널=Lab on a Chip|날짜=2011|권=11|호=24|doi=10.1039/c1lc20557a}}</ref>
[[파일:Heart-on-a-Chip fig2.jpg|오른쪽|Heart-on-a-Chip fig2]]

===Eye on a chip===
망막 칩 또한 허동은 교수 주관하에 2014년 미국 펜실베니아대학 연구팀에 의해 개발되었다.
스스로 깜빡이는 세포운동을 수행하며, 패턴이 각인 된 칩위에 망막세포를 배양함으로써 구축한 모델이다.<ref>{{웹 인용|제목=A HUMAN BLINKING ‘EYE-ON-A-CHIP’|url=http://www.rsc.org/images/loc/2014/PDFs/Papers/239_0492.pdf}}</ref>

== 기술의 응용 범위 ==
===동물실험의 대체===
현재까지 동물실험에 의존적이었던 신약개발과 독성평가 연구 부문에서는 일부 동물실험을 대체할 수 있을 것으로 전망되며, 인간과 다른 동물이 아닌 실제 인간의 세포에서 반응을 관찰 할 수 있다는 점에서 비교우위에 있다고 평가되고 있다. 사람을 대상으로 한 임상시험의 절차 또한 인공장기의 개발로 대체가 가능할 것으로, 비용과 시간적으로 상당히 단축 할 수 있다.<ref name=modeling>{{저널 인용|성1=Baker|이름1=Monya|제목=Tissue models: A living system on a chip|저널=Nature|날짜=2011-03-31|권=471|호=7340|doi=10.1038/471661a}}</ref>

===체내 세포활동 연구===
기존의 2D 배양이나 3D 배양시스템으로 재현할 수 없었던 장기의 약물이나, 화학물질 등에 의한 반응활동을 세포 수준이 아닌, 조직, 장기 수준의 반응을 연구할 수 있다.
또, 다종의 조직 혹은 장기 세포를 동시에 배양하는 Multi organs on a chip 기술을 이용하면, 다종의 세포 혹은 조직간의 물리 화학적 세포 환경과 상호작용을 구현할 수 있으며, 체내 혈관을 실제 장기 수준으로 구축하였다는 점에서 기존의 방법에 비해 더욱 신체를 모방하는 모델로서 주목되고 있다. 각 장기의 역할이나 기능에 대하여 타 장기나 조직이 어떠한 영향을 미치는지, 더 고차원적인 연구가 가능해졌다고 평가받는다.<ref name=modeling>{{저널 인용|성1=Baker|이름1=Monya|제목=Tissue models: A living system on a chip|저널=Nature|날짜=2011-03-31|권=471|호=7340|doi=10.1038/471661a}}</ref>


===질환 메커니즘 연구===
장기 칩은 특정 장기에 발병되는 질환의 정확한 진행상황을 실시간으로 관찰하고, 연구함으로써 정확한 치료법을 찾는데에 이용할 수 있는 질환 모델로서 사용될 수 있다.<ref name=news2>{{저널 인용|성1=Reardon|이름1=S|제목='Organs-on-chips' go mainstream.|저널=Nature|날짜=2015-07-16|권=523|호=7560|pmid=26178942}}</ref><ref name=Yaakov>{{저널 인용|성1=Bavli|이름1=Danny|성2=Prill|이름2=Sebastian|성3=Ezra|이름3=Elishai|성4=Levy|이름4=Gahl|성5=Cohen|이름5=Merav|성6=Vinken|이름6=Mathieu|성7=Vanfleteren|이름7=Jan|성8=Jaeger|이름8=Magnus|성9=Nahmias|이름9=Yaakov|제목=Real-time monitoring of metabolic function in liver-on-chip microdevices tracks the dynamics of mitochondrial dysfunction|저널=Proceedings of the National Academy of Sciences|날짜=2016-04-19|권=113|호=16|doi=10.1073/pnas.1522556113}}</ref><ref name=modeling>{{저널 인용|성1=Baker|이름1=Monya|제목=Tissue models: A living system on a chip|저널=Nature|날짜=2011-03-31|권=471|호=7340|doi=10.1038/471661a}}</ref>


===신약 스크리닝===
질환이 발병된 장기세포를 이용하여, 어떠한 신약에 대한 유효성과 효과를 인체에 대한 실험과 유사한 수준으로 연구가 가능하다. 이는 동물실험의 대체가능성과 직결되며, 상당한 비용적, 시간적 단축 효과와 함께 윤리문제 또한 해결할 수 있을것으로 기대된다.<ref name=news2>{{저널 인용|성1=Reardon|이름1=S|제목='Organs-on-chips' go mainstream.|저널=Nature|날짜=2015-07-16|권=523|호=7560|pmid=26178942}}</ref>

===줄기세포와 환자 맞춤형 의료기술로의 응용===
줄기세포 기술의 발전과 함께, 미래 의료의 패러다임을 따라 환자 개인 맞춤형 치료제의 개발에도 큰 역할을 할 것으로 전망된다. 환자의 세포를 리프로그래밍하여 유도만능줄기세포를 만든 후 특정 장기세포로 분화시키면, 환자의 유전, 질환정보를 그대로 담고있는 장기세포가 된다. 이를 장기칩 기술에 응용하면 환자에 맞는 신약을 찾거나, 치료법을 개발하는데 응용될 것으로 기대된다.<ref name="줄기세포와 organ on a chip">{{저널 인용|성1=Park|이름1=D|성2=Lim|이름2=J|성3=Park|이름3=JY|성4=Lee|이름4=SH|제목=Concise Review: Stem Cell Microenvironment on a Chip: Current Technologies for Tissue Engineering and Stem Cell Biology.|저널=Stem cells translational medicine|날짜=2015-11|권=4|호=11|pmid=26450425}}</ref>
[[파일:Stemcell and organ on a chip.jpg|가운데|환자 유래 줄기세포를 이용한 장기 칩 모델 구축]]

==참고자료==
* [Organ on a chip]<ref>{{웹 인용|제목=Organ-on-a-chip|url=https://en.wikipedia.org/wiki/Organ-on-a-chip}}</ref>

== 각주 ==
{{각주}}

[[분류:나노기술]]
[[분류:생명공학]]