국내 연구팀이 독성은 줄이고 세포 친화적이며 물성을 향상시킨 바이오잉크를 개발, 체내 장기의 기능을 모사한 대(大)체적 인공장기 제작 방안을 제시했다.
포스텍은 IT융합공학과·기계공학과 장진아 교수, 기계공학과 김현지 박사, IT융합공학과 강병민 씨 연구팀이 뉴질랜드 오타고대학 쿤 림 교수, 스티븐 쿠이 박사 연구팀과 공동으로 임상에 적용할 수 있는 광 개시가 가능한 탈세포화 세포외 기질 바이오잉크의 제작에 성공했다고 10일 밝혔다.
바이오잉크는 3D 또는 4D 프린팅을 통해 체내 조직이나 장기를 만들 때 쓰이는 소재다. 세포를 보호해 프린팅한 후 세포 생존을 유지할 수 있는 환경을 만드는 게 바이오 프린팅 기술의 핵심으로 꼽힌다.
지금까지 연구된 바이오잉크는 체내 세포외 기질의 특이적 성분 중 일부만을 가질 뿐 세포에 체내와 유사한 환경을 제공하는 데에 한계가 있었다. 게다가 바이오잉크의 프린팅 효율을 높이기 위해서는 UV 광 개시제를 이용하거나 다른 물질과 섞어야 했다.
문제는 UV 광 개시제가 독성을 지니고 있으며, 급진적 화학반응으로 체내 활성 산소를 만들어 세포에 유해하다는 점이다. 특히 다른 물질과 혼합하면 세포 친화적 바이오잉크의 비중이 줄어들어 세포 친화성과 관련한 기대효과도 떨어진다.
연구팀은 가시광선 광 개시가 가능한 세포외 기질 바이오잉크 ‘dERS’를 개발해 세포외 기질 내 타이로신이라는 아미노산의 내부 추가 결합을 유도함으로써 접힐 수 있고 비틀 수 있는 유연한 체적 구조체를 제작하는 데 성공했다.
이 바이오잉크는 기존 물질들과 달리 대체적의 구조체를 제작할 수 있음에도 세포의 독성을 줄이고 세포외 기질의 효능을 그대로 가진다는 특징이 있다. 공동 연구팀은 이렇게 제작된 바이오잉크로 각막과 심장을 프린팅함으로써 실제 구조의 재현은 물론 완벽하게 조직 재생능을 가지는 것을 검증했다.
장진아 포스텍 교수는 “dERS는 봉입된 세포에 대한 조직 특이적 성능을 구축하고 센티미터 크기의 살아 있는 체적 구조체를 제작할 수 있다”며 “추가 재료나 공정 없이 하이드로 겔 기반 구조물을 생산할 수 있어 조직 공학과 재생 의학에 적용할 수 있는 새로운 길을 개척할 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구성과는 최근 귄위 있는 과학저널 ‘어드밴스드 펑서널 머터리얼즈’의 표지논문으로 게재됐다.
