[위즈뉴스] 인체 조직을 3D프린터로 정교하게 출력하여 손상되거나 결손된 부위의 재건을 도우려는 바이오프린팅 분야에서 또 하나의 도약이 이뤄졌다.
한국연구재단은 27일, 성균관대학교 김근형 교수와 전남대학교 장철호 교수로 구성된 공동 연구팀이 금 나노와이어가 포함된 콜라겐 및 세포 바이오잉크를 기반으로 근섬유다발을 만들었다고 밝혔다.
바이오프린팅란 컴퓨터의 도움으로 바이오잉크를 원하는 설계대로 한층-한층 분사하는 방식으로 세포나 조직 등을 출력을 말한다. 또, 바이오잉크(bioink)는 살아있는 세포와 세포 친화적인 하이드로겔로 이루어진 바이오소재이다.
이번 연구성과를 담은 논문은 'A Myoblast-Laden Collagen Bioink with Fully Aligned Au Nanowires for Muscle-Tissue Regeneration'라는 제목으로 나노기술, 재료과학, 화학 분야의 SCI급 국제학술지 '나노레터스(Nano Letters, IF=12.080)' 10월 29일자에 게재됐다.
바이오프린팅에서 관건은 실제 살아있는 세포가 포함된 생체적합성 바이오잉크를 이용해 저마다 고유한 해부학적 특징과 생리학적 기능을 가진 조직으로 구현하는 것이다.
특히, 근육조직은 세포가 한 방향으로 배열된 근섬유다발 형태로 구현하여야 하는데, 실제 조직에서 세포가 자랄 수 있도록 둘러싼 지지체인 세포외기질(ECM)이 제공하는 일정한 방향성(aligned topographical cues)을 잉크와 함께 분사된 세포에 제시할 방법을 찾지 못했다.
이에따라, 연구팀은 금 나노와이어를 이용해 콜라겐 바이오잉크 내에 포함된 지방줄기세포가 자라나는 방향을 제어하는 인공근육 제작방식을 제안했다.
원예용 지지대를 따라 식물이 뻗어가는 것처럼 한 방향으로 배열된 금 나노와이어(지름 30nm, 길이 4,500nm)를 따라 지방줄기세포들이 근육세포로 분화하여 자라도록 유도한 것이다.
이렇게 만들어진 인공 근육세포는 초기 생존율이 90%를 넘어 대체조직으로서의 가능성을 보여주었다.
실제 만들어진 인공근육을 길이 3cm, 너비 1cm 가량의 손상이 있는 쥐의 턱관절 근육, 측두근에 이식한 결과 8주 후 이식 부위 조직이 실제 근육처럼 재생되었다.
핵심은 노즐 이동속도와 잉크 유량, 온도 등 복잡한 조건을 최적화함으로써 유체의 흐름을 제어하고 전기적 신호를 이용해 나노와이어의 배열성을 조절한 데 있다.
연구팀은 지난해 제안한 전기방사방식에서 나아가 근세포 재생을 유도하는 바이오프린팅 기술을 제안해, 난치성 근육질환 극복을 위한 실마리가 될 것으로 기대된다.
연구팀은 "이번에 개발한 근육 조직은 단순한 타박상에 의한 작은 범위의 근육조직 손상 뿐 아니라 큰 외상에 의한 근육 조직 손상 등에 매우 광범위하게 활용될 수 있다"면서 "(앞으로) 외상에 의한 손상된 근육조직뿐만 아니라 루게릭병과 같은 불치성 근육 손실 질환 치료에도 활용될 수 있을 것으로 보인다"고 말했다.
이어 "근육뿐만 아니라 심장, 인대, 힘줄, 신경 등과 같이 배열된 형태를 보이는 인체의 다양한 조직의 손상 시에도 적용 될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 및 자연모사혁신기술개발사업의 지원으로 수행됐다.
