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실제와 닮은 근육, 3D 프린터로 제작 성공

세포-프린팅 이용한 근육조직 재생 가능해져

실제와 닮은 근육, 3D 프린터로 제작 성공
금-나노입자가 포함된 콜라겐 바이오잉크를 이용한 근육 조직 제작 모식도 및 제작된 근육 조직 내 세포의 성장 및 성숙도


[산업일보]
바이오프린팅에서 관건은 실제 살아있는 세포가 포함된 생체적합성 바이오잉크를 이용해 저마다 고유한 해부학적 특징과 생리학적 기능을 가진 조직으로 구현하는 것이다.

특히 근육조직은 세포가 한 방향으로 배열된 근섬유다발 형태로 구현해야 하는데, 실제 조직에서 세포가 자랄 수 있도록 둘러싼 지지체인 세포외기질(ECM)이 제공하는 일정한 방향성(aligned topographical cues)을 잉크와 함께 분사된 세포에 제시할 방법을 찾지 못했다.

이에 인체 조직을 3D 프린터로 정교하게 출력해 손상되거나 결손된 부위의 재건을 도우려는 바이오프린팅 분야에서 또 다른 도약이 이뤄졌다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 김근형 교수(성균관대학교), 장철호 교수(전남대학교 의과대학) 공동 연구팀이 금 나노와이어가 포함된 콜라겐/세포 바이오잉크를 기반으로 근섬유다발을 만들었다고 밝혔다.

연구팀은 금 나노와이어를 이용해 콜라겐 바이오잉크 내에 포함된 지방줄기세포가 자라나는 방향을 제어하는 인공근육 제작방식을 제안했다.

원예용 지지대를 따라 식물이 뻗어가는 것처럼 한 방향으로 배열된 금 나노와이어(지름 30nm, 길이 4,500nm)를 따라 지방줄기세포들이 근육세포로 분화하여 자라도록 유도한 것이다.

이렇게 만들어진 인공 근육세포는 초기 생존율이 90%를 넘어 대체조직으로서의 가능성을 보여줬다. 실제 만들어진 인공근육을 길이 3cm, 너비 1cm 가량의 손상이 있는 쥐의 턱관절 근육, 측두근에 이식한 결과 8주 후 이식 부위 조직이 실제 근육처럼 재생됐다.

핵심은 노즐 이동속도와 잉크 유량, 온도 등 복잡한 조건을 최적화함으로써 유체의 흐름을 제어하고 전기적 신호를 이용해 나노와이어의 배열성을 조절한 데 있다.

연구팀은 지난해 제안한 전기방사방식에서 나아가 근세포 재생을 유도하는 바이오프린팅 기술을 제안, 난치성 근육질환 극복을 위한 실마리가 될 것으로 기대된다.

금-나노입자가 포함된 콜라겐 바이오잉크의 개발을 통해 세포-프린팅 공정으로 배열된 마이크로/나노패턴을 갖는 3D 인공근육을 제작할 수 있다. 이는 기존의 바이오잉크를 이용한 세포-프린팅 공정에서 해결하고자 했던 배열된 세포를 포함한 3D 구조체 제작에 유용한 공정이다.

제작된 3D 인공근육내의 배열된 금-나노입자가 세포가 일정한 방향으로 성장하도록 유도하며, 이를 바탕으로 일렬로 배열돼 융합해 성숙되는 골격근 및 심장근육 뿐만 아니라 인체의 다양한 배열된 조직을 재생에 크게 기여할 것으로 보인다.
김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr

안녕하세요~산업1부 김진성 기자입니다. 스마트공장을 포함한 우리나라 제조업 혁신 3.0을 관심깊게 살펴보고 있으며, 그 외 각종 기계분야와 전시회 산업 등에도 한 번씩 곁눈질하고 있습니다.

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