연구성과

기계 김동성 교수팀, 역동적으로 움직이는 인공장기 구현을 위한 신축성 있는 세포외기질 박막 개발

2022-03-10 185

[POSTECH·텍사스대 공동연구팀, 나노섬유 이용해 튼튼하고 신축성 있는 세포외기질 박막 개발]

신약 개발 과정에서 약물의 평가에 동물 실험이 주로 활용되고 있지만, 강화되고 있는 동물 실험 규제와 종간 차이에서 유래한 동물 실험 효용 한계 등으로 이를 대체·보완할 약물 평가용 인공장기 개발에 대한 필요가 증가하고 있다.

인공장기 제작 방식은 다양하게 연구되고 있는데, 그중 인공장기를 구성하는 세포를 작은 칩에서 배양하여 체외에서 조직 장벽을 구현하는 기술도 중요한 방식으로 꼽힌다. 하지만, 여기에 사용되는 세포외기질 박막이 외부 자극에 취약해 오랜 시간 배양하거나 실제 장기의 움직임을 모사하기 어려웠던 것도 사실이다.

기계공학과 김동성 교수·통합과정 윤재승 씨·홍현준 박사 연구팀은 텍사스주립대학교(University of Texas at Austin) 김현중 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 튼튼하고 잘 늘어나는 세포외기질 하이드로겔 박막을 개발했다.

이 연구성과는 장기칩의 성능을 한층 높일 수 있는 결과로, 국제 학술지 ‘바이오패브리케이션(Biofabrication)’에 최근 게재됐다.

세포 밖에 존재하는 세포외기질은 세포와 조직 사이의 공간을 채워주며 세포를 보호하는, 이른바 ‘쿠션’ 역할을 한다. 인공조직이나 장기를 만들 때도 그 속의 세포가 잘 자랄 수 있도록 세포외기질이 사용된다. 하지만 이 세포외기질 박막은 변형되기 쉬워 장기가 만들어내는 움직임을 구현하기 어렵다는 치명적인 단점이 있었다.

연구팀은 기존 세포외기질에 나노섬유를 덧씌워, 인체의 기저막과 비슷하면서도 튼튼한 세포외기질 박막을 만들었다. 두께가 5마이크로미터(μm, 1μm=100만분의 1m)에 불과한 이 박막은 투과성이 높을 뿐만 아니라, 세포 배양 후 2주가 지나도 안정적인 형태를 유지했다. 신축성이 높아 연동 운동 등 장기의 반복적인 움직임을 따라할 수도 있으며, 세포와 조직 기능 또한 실제 장기와 비슷한 것으로 확인됐다.


개발된 세포외기질 박막은 체내 장기처럼 움직임이 가능한 정교한 인공장기 구축에 기여하여 기초연구, 화장품 및 신약 개발, 조직 공학 등에 활용될 것으로 기대된다.

한편, 이 연구성과는 한국연구재단 중견연구사업의 지원을 받아 이뤄졌다.