• - 성균관대 김근형 교수팀, 바이오잉크 세포담체 개발
  - 근세포가 길이방향으로 배열해 자랄 수 있도록 유도
  - 골세포 주변 혈관생성 유도해 골재생 촉진
  

4D 프린팅으로 만든 근육 구조체의 손상근육 재생 유도 효과. 실제 쥐의 근육(왼쪽), 손상된 쥐의 근육(가운데) 및 쥐의 손상된 근육에 근육구조체를 이식한 후 근육이 재생된 사진(오른쪽) 4D 프린팅 공정을 통해 제작된 근육 조직체를 손상된 쥐의 근육 부위에 이식 8주 후 근섬유(빨간색 염색)가 잘 배열된 것과 세포핵(파란색)이 근섬유의 중앙에 위치 한 것 등을 통해 인간 근육전구세포로부터 근섬유 재생이 효과적으로 이뤄진 것을 형광현미경을 통해 확인할 수 있다. [성균관대 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 최근 4D 프린팅으로 근육전구세포가 포함된 바이오잉크의 자가배열을 유도, 가지런한 근섬유 다발이 만들어져 주목받고 있다.

기존 3D 프린팅으로는 세포가 한 방향으로 배열된 근섬유 다발인 근육의 방향성을 구현해 내기에 한계가 있었다.

4D 프린팅이란 3D 프린팅된 구조물에 물질의 다양한 물리-화학적 특성을 이용해 자가변형 기능을 가능하게 하는 기술을 말한다.

한국연구재단은 성균관대학교 김근형 교수 연구팀이 4D 프린팅 기술로 세포배열을 조절할 수 있는 바이오잉크 기반 세포담체를 개발하고, 근육 손실 동물모델에서의 효과를 확인했다고 23일 밝혔다.

세포담체란 세포가 원하는 조직으로 증식, 분화될 수 있도록 미세공간을 제공하고 외부 균의 침입을 억제하는 세포의 집과 같은 지지체를 말한다.

살아있는 세포가 포함된 바이오잉크로 저마다의 해부학적 특징과 생리학적 기능을 가진 조직으로 구현하는 바이오프린팅 연구가 활발한 가운데 연구팀은 4D 프린팅 기술로 바이오잉크에 포함된 인간 근육 전구세포가 자라나는 방향을 제어하는 데 성공했다.

연구팀은 손가락 크기(길이 15mm, 너비 7mm 깊이 3mm)의 치명적 근육손실이 있는 쥐의 전경골근에 자가 배열기능을 갖는 세포구조체를 이식하고 8주 후 이식 부위가 실제 근육처럼 재생되는 것을 확인했다.

핵심은 프린팅 조건을 최적화해 바이오잉크에 포함된 합성고분자의 배열을 제어함으로써 근섬유 다발처럼 정렬된 근육 모사 구조체를 제작한 것이다.

근육세포에 최적의 지형적, 생물학적 환경을 제공, 근세포의 분화 및 재생 효과를 높였다는 설명이다. 또한 세포담체에 포함된 근육 전구세포의 세포생존율도 높은(90%) 것으로 나타났다.

연구팀은 근육조직 외에도 배열화된 다른 조직들 예를 들면 심근조직, 신경조직, 인대 등에도 응용할 수 있을 것으로 보고 있다.

미세채널 포함 콜라겐/HA 세포담체 모식도 및 주사전자현미경 사진.[성균관대 제공]

연구팀은 4D 프린팅 기술을 이용해 차의과대학 한인보 교수 연구팀과 함께 골조직 재생을 도울 세포담체를 개발, 척추유합 생쥐모델에 적용, 골조직 재생 효과를 확인했다.

기존 골이식재가 혈관연결이 없는데 반해 미세채널 구조를 포함한 세포담체로 이식부위 주변 조직에서 혈관이 효율적으로 생성될 수 있도록 고안한 것이다.

한국연구재단의 지원으로 수행된 이번연구는 응용 물리학 분야 국제학술지 ‘어플라이드 피직스 리뷰’에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com