▲ 3D프린팅을 통한 근육제작 모식도

인체 조직을 3D프린팅을 통해 정교하게 출력해 손상되거나 결손된 부위의 재건을 돕는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 김근형 성균관대 교수, 장철호 전남대 교수 공동 연구팀이 금 나노와이어가 포함된 콜라겐·세포 바이오잉크를 기반으로 근섬유다발을 만들었다고 27일 밝혔다.

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 방향성을 잉크와 함께 분사된 세포에 제시할 방법을 찾지 못했다.

이에 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 나노와이어를 따라 지방줄기세포들이 근육세포로 분화해 자라도록 유도한 것이다. 핵심기술은 노즐 이동속도와 잉크 유량, 온도 등 복잡한 조건을 최적화함으로써 유체의 흐름을 제어하고 전기적 신호를 이용해 나노와이어의 배열성을 조절한 것이다.

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

연구팀은 지난해 제안한 전기방사방식에서 나아가 근세포 재생을 유도하는 바이오프린팅 기술을 제안, 난치성 근육질환 극복은 물론 인체의 다른 조직들(혈관, 신경)을 동시에 혹은 따로 재생하기 위한 미니인공장기 제작에도 크게 기여 할 것으로 기대하고 있다.

한편 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 및 자연모사혁신기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 나노레터스(Nano Letters)에 10월29일 게재됐다.