<h1>1. 서 론</h1><p>1960년 후반 처음 시도된 Patch clamp는 심근 세포 내부의 Action Potential Duration (APD) 변화로 약물 독성을 평가한다. 하지만 심장의 활동전위에 관여하는 다양한 채널의 영향을 배제하고 hERG 채널 (K) 단독 영향에 대한 평가만으로 독성을 평가하는 것은 비 임상 시험 결과와 약 \( 30 \% \) 불일치하다는 결과가 보고되었다. 이러한 문제를 개선하기 위해 최근 심근세포의 활동전위에 관여하는 다양한 이온 채널 (\( \mathrm{Na}^{+}\), \(\mathrm{Ca2}^{+}\), \(\mathrm{K}^{+} \)) 관련 약물을 세포의 전위를 측정하는 MEA (micro electrode array) 분석 및 심근세포의 기계적인 수축력을 분석하는 연구들이 진행되고 있다. 검사의 효율 개선을 위해 high-throughput screening system 개발이 요구되며 비성숙 (배아기) 심장세포는 성숙 (성인) 심근에 비해 대사 작용이 다르기 때문에 약물 스크리닝 결과는 성숙/비성숙 세포의 거동이 다르게 나타난다. 심근세포 배양 시 필요한 배양액은 성장에 필요한 양분을 지니고 있으며 배양액 상태에 따라 심장 박동수는 분당 20 ~ 100 회로 크게 변화된다. 따라서 새로운 배양액의 지속적인 공급 (\( \mathrm{pH} \), 양분)을 통해 심장 약물 독성 평가의 최적화가 필요하다.</p><p>심근세포 배양을 위하여 온도 \( 37^{\circ} \mathrm{C} \) 및 \( \mathrm{pH} 7.4 \)를 유지해야한다. \( 5 \% \)의 \( \mathrm{CO}_{2} \)가 보강된 공기를 사용하며 탄산염 완충용액 (carbonate buffer, \( \mathrm{HCO}_{3}{ }^{2-}/ \mathrm{H}_{2} \mathrm{CO}^{3-} \) )이 세포배양액의 \( \mathrm{pH} 7.4 \)를 유지하는데 사용된다. 완충 용액은 수소 이온 농도를 일정하게 유지해야 하는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 생물체 내에서도 항상성 (homeostasis)을 유지하는 데 매우 중요한 역할을 한다.</p><p>완충 용액은 실제 생명 유지에도 필수적으로 요구된다. 우리 체 내의 \( \mathrm{pH} \)는 산 또는 염기성 물질을 섭취하는 경우에도 인산 용액에 의한 완충효과로 \( \mathrm{pH} 7\)을 항상 유지하고 있다. \( \mathrm{pH} \)의 균형이 유지되지 않는다면 체 내의 아미노산 및 효소들이 불활성화 되어 생명을 유지할 수 없으며 더불어 혈액내의 수소이온과 산소의 농도 또한 이러한 완충 작용에 의해 조절이 되고 있다. 외부 환경요인에 의해 세포 배양액의 \( \mathrm{pH} \)가 급격하게 변하게 되면, 아미노산 등을 비롯한 세포의 성장에 필요한 요소들이 파괴되어 성장 단백질 분석 및 약물독성평가 결과에 큰 영향을 미친다. 세포성장에 있어 필수적인 배양액은 세포의 농도 등에 따라 달라지지만 일반적으로 2 ~ 3일 주기로 교환된다. 하지만 배양액의 교환에서 발생하는 \( \mathrm{pH} \) 및 온도의 급격한 변화는 미성숙한 세포의 성장에 영향을 미칠 수 있음에도 불구하여 관련한 연구가 체계적으로 이루어지고 있지는 않은 실정이다.</p><p>본 논문에서는 세포배양액의 상태에 따라 변화하는 심근 세포의 수축 특성 변화 최소화를 위하여 배양액 온도 유지 장치, 세포 배양액 자동 공급 및 교체 펌프를 제안하고, 이를 제작하여 2 ~ 3일 주기로 수동으로 배양액을 교체한 심근세포와 수축 특성 및 성숙도를 비교 분석하였다. 본 연구에서 제안한 연속 또는 순환형 배양액 공급시스템은 미성숙 세포의 안전성 측면에서 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.</p>
hERG 채널 외에 약물 독성을 평가하기 위해 사용하는 이온 채널은 무엇이 있을까??
\( \mathrm{Na}^{+}\), \(\mathrm{Ca2}^{+}\), \(\mathrm{K}^{+} \)