지난 2일, 포스텍 기계공학과 조동우 교수<사진> 연구팀은 실제 조직과 동일한 성분으로 이뤄진 탈세포화된 조직*1을 이용, 인공 조직을 만들 수 있는 3D 세포 프린팅용 바이오 잉크를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

다학제간 연구분야 국제학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지 온라인 판에 게재된 이 연구는 간단한 세포 조직 뿐만 아니라 장기 제작까지 가능하게 할 것으로 기대를 모으고 있다.

3D 세포 프린팅 기술은 살아있는 세포와 생체적합성 재료를 이용해 실제 조직과 유사한 외형과 구조를 가진 기능성 인공조직을 제작하는 기술로, 인공조직을 만들기 위해서는 3D 프린터로 분사할 수 있는 바이오 잉크*2와 형태를 유지할 수 있도록 하는 생체 적합성 고분자가 필요하다.

기존에는 콜라겐이나 체외유래 재료로 만들어진 하이드로젤을 바이오잉크로 사용했지만, 이 재료는 실제 조직이 가진 복잡하고 다양한 세포외 기질*3을 모사하는데 한계가 있었다.

연구팀은 탈세포화 된 조직으로 바이오 잉크를 만들고, 여기에 재생하고자 하는 조직에 맞는 중간엽 줄기세포*4를 넣어 3D 세포 프린팅 기술로 인공 조직을 만들었다. 이는 기존의 콜라겐을 이용하여 제작한 인공 조직에 비해 세포분화가 활발하게 이루어지는 것으로 확인됐다.

이번 연구결과는 3D 세포프린팅 기술로 단순히 조직의 외형을 모사하는 기존 연구를 넘어 장기가 손상되어 재생이 필요한 조직에 최적화된 환경을 제공, 만들고자 하는 목적 조직(target tissue)으로 분화할 수 있도록 하는데 핵심 요소가 될 것으로 예상되고 있다.

연구를 주도한 조동우 교수는 “이 연구를 바탕으로 각 조직에 적합한 바이오잉크를 개발하면, 간단한 기능을 하는 조직뿐만 아니라 실제 장기도 제작할 수 있을 것”이라며 “향후에는 이를 임상에 적용해 손상된 장기를 재생하는데 활용할 수도 있다”고 전했다.

한편, 이 연구는 미래창조과학부 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구)의 지원으로 수행됐다.

1. 탈세포화된 조직

실제 조직이나 장기에 여러 가지 화학물질로 처리해 세포만 제거한 조직으로 대부분의 세포외 기질과 고유한 구성비를 그대로 유지, 조직 재생을 위한 생체적합성 재료로 각광받고 있다.

2. 바이오잉크

3D 세포 프린팅 기술을 이용, 인공 조직을 제작할 때 세포를 넣어 분사하는 재료로 분사가 가능한 점도, 형태를 유지할 수 있는 기계적 강도를 지녀야 하며, 물론 생체 적합성을 가지고 있어야 한다. 콜라겐, 알지네이트 등의 하이드로젤이 주로 사용된다.

3. 세포외 기질

조직 내 또는 세포외의 공간을 채우고 있는 생체고분자의 복잡한 집합체.

4. 중간엽 줄기세포

성체에서 분리한 다능성 세포로 골수, 지방, 하비갑개 등에서 추출되며 분화가 안정적으로 이루어져 암세포로 변이를 일으킬 가능성이 없고 이미 임상 적용이 가능한 단계까지 와 있다.