3차원(3D) 미세유체 장치는 세포 미세환경을 정밀하게 제어할 수 있는 생리학적으로 유의미하고 확장 가능한 플랫폼으로, 바이오메디컬 연구의 패러다임을 변화시켜왔다. 기존의 암 모델이...
3차원(3D) 미세유체 장치는 세포 미세환경을 정밀하게 제어할 수 있는 생리학적으로 유의미하고 확장 가능한 플랫폼으로, 바이오메디컬 연구의 패러다임을 변화시켜왔다. 기존의 암 모델이나 약물 평가 모델을 넘어, 미세유체 시스템은 인간 사회와 유사한 복잡한 생태계 내에서의 공간적·행동학적 전파 양상을 모사할 수 있는 새로운 가능성을 제공한다. 본 연구는 미세유체 공학의 유연성을 활용하여 바이러스가 이질적인 환경과 어떻게 상호작용하며, 이러한 상호작용이 다양한 조건에서 어떻게 변화하거나 차단될 수 있는지를 규명하고자 하였다. 이를 위해 인간 사회를 마이크로스케일에서 생체모사적으로 구현한 플랫폼을 개발하였으며, 이를 통해 바이러스 전파 메커니즘과 방역 개입 전략의 효과에 대한 새로운 통찰을 제시하고자 한다.
제2장은 장기모사칩(organ-on-chip, OoC) 기술과 나노바이오센서를 통합하여 바이러스 감염을 모니터링하는 접근법을 소개한다. 사이토카인 및 바이러스 유래 물질과 같은 주요 바이오마커를 개관하고, 기존 바이오센서 기술의 한계를 짚은 후, 나노바이오센서의 민감도 향상 및 실시간 현장 분석 능력에 대해 논의한다. 또한 다양한 OoC 유형과 이를 나노센서 기술과 융합한 최신 연구 동향을 다루며, 보다 생리학적으로 유효한 감염 모델 구현의 가능성을 모색한다.
제3장에서는 상호 연결된 마이크로챔버로 구성된 미세유체 플랫폼을 이용해 인간 사회 내 바이러스 전파를 모델링하였다. 감염세포, 이동성 저하 세포, 비감수성 세포를 포함한 다양한 세포군의 조성과 함께, siRNA를 활용한 사회적 거리두기 시뮬레이션이 기술된다. 또한 qRT-PCR, western blot을 포함한 정량 분석법과 well plate 및 칩 상에서 수행된 바이러스 확산 실험이 포함된다. 아울러, 실험 데이터를 기반으로 한 재생산지수(R₀) 수학적 모델링을 통해, 사회적 및 생물학적 요인이 바이러스 확산에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다.
제4장에서는 미세유체 플랫폼이 감염병 전파 모델링과 방역 개입 전략 평가에 기여한 내용을 종합하며, 감수성의 차이, 인구 밀도, 사회적 거리두기와 같은 인간 사회적 요인을 모사하는 데 있어 높은 효과성을 보였음을 강조한다. 또한 향후에는 감지 기술과 행동 기반 모델링 프레임워크의 통합 가능성도 논의하며, 감염병 연구 및 공중보건 정책 평가에서 미세유체 시스템이 갖는 확장 가능성과 적용 가치를 제시한다.
향후 연구에서는 미세면역반응 요소의 통합, 생리학적으로 정밀한 조직 모델의 구현, 인공지능 기반의 전파 양상 분석 등이 주목받을 것으로 예상된다. 이러한 발전은 바이러스-숙주 간 상호작용의 이해를 심화시키고, 차세대 항바이러스 치료 전략 개발을 앞당기는 데 크게 기여할 수 있을 것이다.