포항공대 3차원 프린팅으로 실험용 인공 폐 개발

얇고 복잡한 허파꽈리 모사 성공…국제학술지 게재

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.

연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스트 사이언스’에 최근 실렸다.

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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