인체에 무해한 인공장기 인쇄 ‘3D 바이오 잉크’ 첫 개발
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국내 연구진이 안전하게 조직 재생을 유도하는 바이오 잉크를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)는 송수창 생체치료단 책임연구원과 김준 위촉연구원 연구팀이 광경화 과정 없이 온도조절만으로 안정적으로 유지되고 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반 바이오 잉크를 세계 최초로 개발했다고 2일 밝혔다.
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국내 연구진이 안전하게 조직 재생을 유도하는 바이오 잉크를 개발했다. 기존 바이오 잉크의 인체 유해성을 극복한 성과다. 바이오 잉크는 세포와 생체재료를 사용해 3차원의 인공조직 구조를 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술에 사용된다.
한국과학기술연구원(KIST)는 송수창 생체치료단 책임연구원과 김준 위촉연구원 연구팀이 광경화 과정 없이 온도조절만으로 안정적으로 유지되고 조직 재생을 유도한 후 일정 시간이 지나면 체내에서 생분해되는 폴리포스파젠 하이드로겔 기반 바이오 잉크를 세계 최초로 개발했다고 2일 밝혔다. 광경화는 바이오 잉크의 분자구조를 서로 이어주는 과정에서 자외선과 같은 고에너지를 통해 분자구조를 고정하는 반응이다.
기존에 바이오 잉크로 가장 많이 사용되는 하이드로겔은 광경화 과정에서 사용되는 화학적 가교제와 자외선으로 체내에서 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다. 또 조직 재생 효과를 증대시키기 위해 외부 배양 세포를 이식하면서 인체 내 부작용이 발생할 위험이 컸다.
연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 특성을 지닌 온도감응성 폴리포스파젠 하이드로겔을 이용해 새로운 바이오 잉크 소재를 개발했다. 이를 통해 화학적 가교제나 자외선 조사 과정 없이 온도조절만으로 조직 재생이 가능하도록 했다. 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 제작해 인체의 면역 부작용 발생 가능성을 최소화할 수 있게 됐다는 것이다.
이번에 개발된 바이오 잉크는 또한 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장인자와 상호작용 할 수 있는 분자구조로 구성됐다. 세포의 성장 및 분화, 면역 반응 등을 조절하는 성장인자를 장기간 보존할 수 있는 것으로 나타났다.
바이오 잉크의 안전성과 효과를 검증하기 위한 실험에서 이같은 사실이 확인됐다. 연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환성장인자 베타 1(TGF-β1)과 골 형성 단백질(BMP-2)을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 쥐의 뼈 손상 부위에 이식했다. 분석 결과 주변 조직으로부터 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생됐다. 이식된 3차원 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생분해됐다.
연구를 이끈 송수창 책임연구원은 "이번에 개발된 바이오 잉크는 그 자체의 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중“이라며 ”최종적으로는 부위별 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘스몰’ 3월호 표지논문으로 게재됐다.
[박정연 기자 hesse@donga.com]
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