인공장기 만드는 안전한 바이오 3D 프린팅 잉크 나왔다

온도 조절로 물리적 강도 유지… 세포 독성 최소화
세포 유입·뼈 재생 단백질 포함… 인체 부작용 낮춘다

송수창 한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구단 책임연구원 연구팀이 바이오 잉크로 3D 프린트한 지지체. 생쥐의 뼈 손상 부위에 이식 후 생분해와 뼈 재생 효과를 확인했다. /KIST

체내에서 세포독성을 유발할 수 있는 문제점을 해결한 인공장기 3D 프린팅 기술이 개발됐다. 화학적 결합 없이 온도 조절로만 조직을 재생할 수 있어 면역 부작용이 발생할 가능성도 낮아졌다.

한국과학기술연구원(KIST)은 송수창 생체재료연구단 책임연구원 연구팀이 광경화 과정 없이 온도 조절만으로 물리적인 구조를 유지하고, 조직 재생을 유도하는 폴리포스파젠(무기 고분자) 하이드로겔 기반 온도감응성 바이오 잉크를 최초로 개발했다고 2일 밝혔다.

기존 하이드로겔 기반 바이오 잉크는 물리적 강도를 강화하기 위해 광경화 과정을 거친다. 광경화는 바이오 잉크의 분자구조를 서로 이어주는 화학물질에 자외선 에너지를 사용한 화학적 결합반응으로, 인체에 세포독성을 일으킬 수 있다. 이외에도 조직 재생 효과를 높이기 위해 외부 배양 세포를 이식해 인체 내 부작용 위험성이 컸다.

연구팀은 저온에서는 액상 형태로 존재하고 체온에서는 단단한 젤로 변화하는 온도감응성 폴리포스파젠 하이드로겔 잉크를 개발했다. 이 잉크는 화학물질이나 자외선 조사 과정 없이 온도 조절만으로 조직 재생이 가능하다. 물리적으로 안정적 구조를 가진 3차원 지지체를 만들 수 있어 면역 부작용이 발생할 가능성도 최소화했다.

개발된 바이오 잉크는 조직 재생에 도움을 주는 단백질인 성장인자와 상호작용할 수 있는 분자구조로 만들어진다. 이에 세포 성장과 분화, 면역 반응을 조절하는 성장인자를 장기간 보존할 수 있다.

연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환성장인자 베타1(TGF-β1)과 골 형성 단백질(BMP-2)을 포함하는 바이오 잉크로 3차원 지지체를 제작했다. 이후 지지체를 쥐의 뼈 손상 부위에 이식했고, 그 결과 주변 조직 세포가 지지체 안으로 유입돼 뼈가 정상 수준으로 재생됐다. 이 지지체는 체내에서 42일에 걸쳐 서서히 생분해됐다.

송수창 책임연구원은 “개발된 바이오 잉크를 자체 물리적 특성을 달리해 뼈 조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중”이라며 “최종적으로는 부위별 조직·장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것으로 기대한다”고 했다.

연구성과는 재료 분야 국제학술지 ‘스몰(Small)’ 3월호에 게재됐다.

참고 자료

Small, DOI: https://doi.org/10.1002/smll.202203464

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