연구성과

IT융합·기계 장진아 교수팀, 대체 장기 기술, 체내 장기 기능을 모사하여 실제 대(大)체적 크기로 제작하다

2021-08-09 457

[한·뉴질랜드 공동연구팀, 光개시 탈세포화 세포외 기질 바이오잉크 개발]

바이오잉크란 3D 또는 4D 프린팅을 통해 체내 조직이나 장기를 만들 때 사용되는 소재이다. 세포를 보호하여 프린팅 후 세포 생존을 유지할 수 있는 환경을 만드는 것이 바이오 프린팅 기술의 핵심으로 꼽힌다. 최근 한 연구팀이 독성은 줄이고 세포 친화적일 뿐만 아니라 물성을 향상시킨 바이오잉크를 개발해, 대(大)체적의 장기를 제작하는 방안을 제시했다.

IT융합공학과·기계공학과 장진아 교수, 기계공학과 김현지 박사, IT융합공학과 강병민 씨 연구팀은 뉴질랜드 오타고대학(University of Otago) 쿤 림(Khoon S. Lim) 교수, 스티븐 쿠이(Steven Cui) 박사 연구팀과 공동으로 임상에 적용할 수 있는 광 개시가 가능한 탈세포화 세포외 기질*1 바이오잉크를 제작하는 데 성공했다. 이 연구성과는 최근 귄위 있는 과학저널인 ‘어드밴스드 펑서널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 게재됐으며, 표지논문(Front cover)으로도 선정됐다.

지금까지 연구된 바이오잉크는 체내 세포외 기질의 특이적 성분 중 일부만을 가질 뿐 세포에 체내와 유사한 환경을 제공하는 데에 한계가 있었다. 뿐만 아니라, 바이오잉크의 프린팅 효율을 높이기 위해서는 UV 광 개시제를 이용하거나, 다른 물질과 섞어야 했다. 하지만, UV 광 개시제는 독성을 가지기도 하지만, 급진적인 화학반응으로 체내 활성 산소를 만들어 세포에 유해한 한계점을 지닌다. 또한, 다른 물질과 섞는 경우, 세포 친화적인 바이오잉크의 비중이 줄어 세포 친화성과 관련한 기대효과도 떨어진다.

연구팀은 가시광선 광 개시가 가능한 세포외 기질 바이오잉크(dERS)를 개발하여, 세포외 기질 내 타이로신이라는 아미노산의 내부 추가 결합을 유도함으로써 접힐 수 있고 비틀 수 있는 유연한 체적 구조체를 제작하는 데 성공했다. 해당 바이오잉크는 기존의 물질들과 달리, 대체적의 구조체를 제작할 수 있음에도 세포의 독성을 줄이고 세포외 기질의 효능을 그대로 가진다는 특징이 있다. 이렇게 제작된 바이오잉크로 각막과 심장을 프린팅했을 때, 실제 구조를 재현할 수 있을 뿐만 아니라 완벽하게 조직 재생능을 가지는 것을 검증했다.

장진아 교수는 “dERS는 봉입된 세포에 대한 조직 특이적 성능을 구축하고 센티미터 규모의 살아있는 체적 구조체를 제작할 수 있다”며 “추가 재료 및 공정 없이 하이드로 겔 기반 구조물을 생산할 수 있기 때문에 조직 공학 및 재생 의학에 적용할 수 있는 새로운 길을 개척할 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 이 연구는 한국연구재단 개인기초지원사업 중견연구, 나노원천기술개발사업, 산업통상자원부 알키미스트 프로젝트, 한국연구재단 창의·도전 연구 기반 지원, 창의적 연구 사업의 지원으로 수행됐다.
 


1. 세포외 기질(extracellular matrix)
세포 밖에 존재하지만, 세포와 밀접하게 연관된 고분자들(콜라겐, 엘라스틴, 당단백질, 성장 인자 등)로 이루어진 삼차원적 망 구조체(network structure)를 말한다.