세포 3차원 프린팅 기술 / 인공 장기

3차원 프린팅으로 실험용 인공 폐 개발

출처:<KISTI의 과학향기> 제3632호   2021년 03월 29일

국내 연구진이 구조가 복잡한 사람 폐를 본뜬 실험용 인공 폐를 개발했다. 포항공대(포스텍)는 22일 신소재공학과 정성준 교수, 생명과학과 유주연 교수, 통합과정 강다윤씨 연구팀이 인공 폐 모델을 3차원 프린팅으로 만드는 데 성공했다고 밝혔다.

 

사람 폐는 생명 활동에 필요한 산소를 받아들이고 부산물로 발생한 이산화탄소를 몸 밖으로 내보내고자 끊임없이 호흡한다. 몸에 들어온 산소는 기도를 거쳐 폐포(허파꽈리)에 도착해 폐포 모세혈관을 통해 혈액이 싣고 온 이산화탄소와 교체된다.

 

폐포는 얇은 상피 세포층으로 이뤄지고 주변 얇은 모세혈관으로 둘러싸여 속이 빈 포도송이 모양을 지닌다. 폐포막은 상피층-기저막-내피 모세혈관층으로 된 3층 구조로 두께가 매우 얇다.

 

이렇게 얇고 복잡한 구조를 지닌 폐포를 정확히 모사하는 데 한계가 있어 그동안 실험용 인공 폐를 만들기 어려웠다. 연구팀은 ‘드롭 온 디맨드’ 방식의 고정밀 잉크젯 바이오 프린팅을 이용해 다종의 인간 폐포 세포주(세포 집합)를 포함한 3차원 폐 모델을 제작했다.

 

드롭 온 디맨드 잉크젯은 카트리지에 가하는 압력으로 초미세 잉크 방울을 원하는 위치에 정확히 입힐 수 있는 바이오 프린팅의 한 방법이다. 이 모델은 2차원 세포 배양 모델뿐만 아니라 폐포 세포와 하이드로젤(hydrogel)을 섞어 배양한 3차원 비구조화 모델보다 높은 모사도를 보였다.

 

연구팀은 이 모델을 인플루엔자 바이러스 감염 모델로 사용했을 때 바이러스 자가 증식과 항바이러스 반응이 나타나는 것을 관찰해 실제 조직 수준의 생리학적 반응을 나타낸다는 것을 확인했다.

 

정성준 교수는 “바이오 프린팅을 이용해 세포를 프린팅하고 조직을 제작하고 있지만, 약 10㎛(마이크로미터) 두께의 3층 구조를 가진 폐포 장벽을 모사한 것은 세계 최초”라며 “이번에 만든 인공 조직은 대량생산·품질 관리가 가능해 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)을 비롯한 전염성 호흡기 바이러스에 대응할 수 있는 치료 약물 및 백신 유효성 평가용 초기 플랫폼으로 활용할 수 있다”고 말했다.

 

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정성준 교수님 연구실: www.bipp.postech.ac.kr/

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논문 원본: onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202004990

All‐Inkjet‐Printed 3D Alveolar Barrier Model with Physiologically Relevant Microarchitecture

관련 영상: https://youtu.be/eKsuYMQ4bwk