최근 신약개발의 주요 실패요인으로 in vivo에서 생체 이용률, 대사안정성, 그리고 약효의 지속과 같은 체내 동태의 부적합으로 인한 실패가 전체 요인의 40%에 달하는 것으로 보고되고 있다. 전임상 시험 시 진행하는 동물 실험은 종의 차이로 인해 인간에게 완전히 적용되지 않으며 제한적이기 때문에 약물 효용성 확인 및 독성 평가를 위해서는 질병 모델링 시스템이 필요하다. 약물 투여 후 인체내 흡수, 분포, 대사, 배설과 같은 ADME 과정을 시뮬레이션하고 양산공정의 적용 가능성을 확인하기 위해 polycarbonate(PC)재질로 사출성형한 미세 유체 Chip "injection-mold Chip"을 이용하여 신장 재흡수-분비 모델을 구축하여 평가하였다. PC 재질의 Tubule-on-a-Chip을 사용하여 약물 흡착을 최소화하여 인간 신장 근위 세뇨관을 모사하는 구조를 형성하였다. 구조 형성을 위해 RPTEC와 HUVEC을 사용하였고, 신장 근위 세뇨관 역할을 모사하는지 평가하기 위해 0.4 μm, 3 μm의 다른 Membrane pore size를 이용하여 Live & Dead, TEER, Glucose 재흡수, Permeability를 비교하였다. Metformin과 Cimetidine으로 PK test를 통해 약물의 excretion을 확인하였고 약물 수송체의 유전자 발현을 확인하였다. 그 결과 0.4 μm 보다 3 μm pore size에서 더 세포 생존률이 높았고 세포 배양이 더 잘 이루어짐을 확인하였고, pore size가 클 때 더 활발하게 약물 분비가 발생하였다.
신독성은 의약품 개발의 전임상, 임상 및 승인 후 단계에서 발생하는 빈번한 부작용 중 하나로, 신독성 연구의 중요성이 커지고 있다. 따라서 본 연구에서는 대표적인 신독성 약물인 Gentamicin과 Cisplatin을 사용하여 in vitro인 Chip에서 신손상 모델링을 진행했다. 신독성 유발 후 Live & Dead, TEER, 포도당 재흡수, Permeability를 측정하여 세포 손상을 발생시켰는지 확인했다. 세포 손상뿐만 아니라 실제로 신독성이 발생했는지 확인하기 위해 신독성 마커인 KIM-1과 NGAL을 이용하여 Immunofluorescence와 ELISA를 진행하였다. 그 결과 약물을 투여하지 않은 control 조건과 비교했을 때 세포 손상이 발생하였고 독성 마커 발현이 증가했다. 따라서 본 연구를 통해 in vitro Kidney-on-a-Chip에서 일반적인 신장 근위 세뇨관 기능을 모사할 수 있을 뿐만 아니라 신독성 약물을 사용하여 약독성 모델링이 가능함을 입증하였다. 이를 통해 향후 신장 기능 모사 Chip을 대량생산하여 상용화될 수 있을 것으로 보인다.