성균관대, 다공성 세포블럭 활용 기술 개발…"근조직·치은조직 재생"

실크 피브로인·콜라겐 기반 바이오잉크로 세포 정렬 유도

동물모델서 재생 효과 입증

(왼쪽부터) 성균관대 의학과 김근형 교수, 김원진 박사, 구영원 박사, 허가은 석사과정생. (사진=성균관대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]전수현 인턴 기자 = 성균관대는 본교 의과대학 정밀의학교실 김근형 교수 연구팀이 세포 정렬을 유도하는 다공성 세포블럭을 활용해 근조직 및 치은조직을 효과적으로 재생할 수 있는 신개념 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.

연구팀은 누에고치 추출 단백질인 실크 피브로인(silk fibroin)과 콜라겐을 혼합해 복합 바이오잉크를 개발했다. 이를 통해 정밀 섬유 제작 공정과 다공성 구조 생성 기술을 결합해 비등방성(anisotropic) 세포 배열형 구조체를 구현했다.

이 구조체는 인체 근육의 배열을 모사해 줄기세포가 자연스럽게 정렬되도록 유도했다. 또한 기계적 자극(물리적 스트레칭)을 통해 PIEZO1, Vinculin 등 기계적 감지 유전자와 Myod1, Myog, Myh2 등 근분화 유전자의 발현을 활성화했다.

해당 기술을 마우스 대량 근손실(volumetric muscle loss) 모델에 적용한 결과 기능적 근육 재생이 성공적으로 이뤄졌다. 이는 기존 조직공학적 접근보다 높은 재건 효율을 보여주는 결과다.

더해 연구팀은 오메가-3 지방산(EPA, DHA 등)을 포함한 콜라겐 기반 기능성 바이오잉크를 개발하고, 전단응력 기반의 세포 배열 유도형 바이오프린팅 공정을 확립했다.

(a) 비등방성(anisotropic) 구조를 갖는 세포 배열형 다공성 섬유 구조체, (b) 오메가-3 지방산을 포함한 콜라겐 기반의 기능성 바이오잉크 및 세포 정렬 유도 바이오프린팅 기술. (사진=성균관대 제공) *재판매 및 DB 금지

이 공정을 통해 줄기세포가 포함된 치은조직 구조체를 제작했으며 동물모델 실험에서 혈관 형성과 조직 재생이 뚜렷하게 관찰됐다. 해당 기술은 향후 구강 조직 재생용 이식재로의 상용화 가능성을 시사한다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단, 질병관리청, BK21 FOUR 사업의 지원을 받아 수행됐으며 연구 결과는 지난해 5월과 7월, 각각 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)' 및 '테라노스틱스(Theranostics)에 게재됐다.


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