UNIST, 원하는 위치에 세포 찍어내는 3D 프린팅 기술 개발

세포배양·바이오 프린팅 합친 기술…쉽고 정밀한 인체 조직 모사 가능

구 형태로 배양된 세포 덩어리인 ‘세포 스페로이드’를 원하는 위치에 바로 찍어 낼 수 있는 3D 바이오 프린팅 기법이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 바이오메디컬공학과 강현욱 교수 연구팀이 줄기세포나 암세포 스페로이드를 정밀하게 프린팅하는 ‘3D 바이오 도트(dot) 프린팅’ 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

연구팀에 따르면 세포 스페로이드는 2차원으로 배양된 세포보다 더 인체 조직 구조에 가깝다는 장점이 있어 실제 인간의 장기 대신 암 전이 과정의 이해나 약물 효능 검증을 위한 ‘테스트 베드’로 주목받고 있다.

3D 바이오 도트 프린팅은 세포를 구형으로 뭉쳐 자라나게 하는 것(배양)과 세포가 포함된 바이오 잉크를 3차원으로 인쇄하듯 찍어 내는 3D 바이오 프린팅을 합친 기술이다.

이 기술은 세포 스페로이드 간 간격을 수 마이크로미터(㎛) 수준까지 가깝게 만들 정도로 정밀도가 높다.

또 세포의 종류와 관계없이 3D 바이오 프린팅 장점인 3차원 적층이나 컴퓨터를 이용한 정밀 바이오 가공 기술(CAD/CAM)을 그대로 쓸 수 있다는 장점이 있다.

연구팀은 배양하고자 하는 세포가 포함된 바이오 잉크를 혼합 하이드로젤 안에 구 형태로 하나씩 찍어내는 방식을 이용했다.

이때 잉크 주위 혼합 하이드로젤은 세포를 구형으로 뭉치는 틀 역할을 한다.

잉크 속 가교제가 접촉면을 구형으로 굳히기 때문이다.

또 잉크 안에는 세포가 배양되면 녹아 없어지는 성분도 함께 들어 있어 구 형태 틀 안에서 세포가 뭉쳐지면서 자라게 된다.

이 때문에 기존과 달리 별도의 스페로이드 배양 과정이 필요하지 않고, 원하는 위치에 바로 스페로이드를 만들 수 있다고 연구팀은 설명했다.

실제로 연구팀은 이 기술을 이용해 암세포나 췌장에서 인슐린을 분비하는 구형의 조직인 췌도(랑게르한스섬)의 베타세포, 간세포 등을 스페로이드 형태로 만드는 데 성공했다.

특히 간세포는 기존 방법으로 배양된 세포보다 성능과 수명이 우수했다고 연구팀은 밝혔다.

강현욱 교수는 “바이오 도트 프린팅 공정은 간세포, 췌도의 베타세포, 암세포 등 다양한 종류의 세포에 쓸 수 있다”며 “현재 진행 중인 암 침습 모델, 간 질환 치료 패치, 줄기세포 스페로이드 기반 이식용 이종 장기 개발에 도움이 될 것”이라고 말했다

연구는 재료 분야 국제 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced functional materials)에 9월 22일 자로 온라인 공개됐다.

연구 수행은 과학기술정보통신부와 교육부의 지원을 받아 이뤄졌다.

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