4D 프린팅으로 근육재생 및 척추유합 세포담체 개발
근세포가 길이방향으로 배열해 자랄 수 있도록 유도
□ 4D 프린팅으로 근육전구세포가 포함된 바이오잉크의 자가배열을 유도, 가지런한 근섬유 다발이 만들어져 주목받고 있다.
○ 기존 3D 프린팅으로는 세포가 한 방향으로 배열된 근섬유 다발인, 근육의 방향성을 구현해 내기에 한계가 있었다.
※ 4D 프린팅 : 3D 프린팅된 구조물에 물질의 다양한 물리-화학적 특성을 이용하여 자가변형 기능을 가능하게 하는 기술
□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 김근형 교수(성균관대학교), 이상진 교수(Wake Forest Institute for Regenerative Medicine) 연구팀이 4D 프린팅 기술로 세포배열을 조절할 수 있는 바이오잉크 기반 세포담체※ 를 개발하고, 근육 손실 동물모델에서의 효과를 확인했다고 밝혔다.
※ 세포담체(scaffold) : 세포가 원하는 조직으로 증식, 분화될 수 있도록 미세공간을 제공하고 외부 균의 침입을 억제하는 세포의 집과 같은 지지체
□ 살아있는 세포가 포함된 바이오잉크로 저마다의 해부학적 특징과 생리학적 기능을 가진 조직으로 구현하는 바이오프린팅 연구가 활발한 가운데 연구팀은 4D 프린팅 기술로 바이오잉크에 포함된 인간 근육 전구세포가 자라나는 방향을 제어하는 데 성공했다.
□ 나아가 손가락 크기(길이 15mm, 너비 7mm 깊이 3mm)의 치명적 근육손실이 있는 쥐의 전경골근에 자가 배열기능을 갖는 세포구조체를 이식하고 8주 후 이식 부위가 실제 근육처럼 재생되는 것을 확인하였다.
□ 핵심은 프린팅 조건을 최적화하여 바이오잉크에 포함된 합성고분자의 배열을 제어함으로써 근섬유 다발처럼 정렬된 근육 모사 구조체를 제작한 것이다.
○ 근육세포에 최적의 지형적, 생물학적 환경을 제공하여, 근세포의 분화 및 재생 효과를 높였다는 설명이다. 또한 세포담체에 포함된 근육 전구세포의 세포생존율도 높은(90%) 것으로 나타났다.
□ 연구팀은 근육조직 외에도 배열화된 다른 조직들 예를 들면 심근조직, 신경조직, 인대 등에도 응용할 수 있을 것으로 보고 있다.
□ 한편 연구팀은 4D 프린팅 기술을 이용해 차의과대학 한인보 교수 연구팀과 함께 골조직 재생을 도울 세포담체를 개발, 척추유합 생쥐모델에 적용, 골조직 재생 효과를 확인하였다.
○ 기존 골이식재가 혈관연결이 없는데 반해 미세채널 구조를 포함한 세포담체로 이식부위 주변 조직에서 혈관이 효율적으로 생성될 수 있도록 고안한 것이다.
□ 과학기술정보통신부‧한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업 및 자연모사혁신기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구는 응용 물리학 분야 국제학술지 어플라이드 피직스 리뷰(Applied Physics Reviews)에 5월 4일(뼈조직 재생) 및 5월 12일(근육 재생)에 게재(featured article)되었다.
