포스텍, '인공 폐' 세계 최초 개발…잉크젯 바이오 프린팅 이용

포스텍 연구팀이 개발한 인공 폐 모델 모식도.포스텍 제공

정성준 포스텍 교수

유주연 포스텍 교수

포스텍 생명과학과 통합과정 강다윤씨

국내 연구진이 3D 프린팅을 이용해 얇고 복잡한 구조를 가진 실험용 인공 폐를 세계 최초로 개발했다.

포스텍은 22일 신소재공학과 정성준, 생명과학과 유주연 교수, 통합과정 강다윤씨 연구팀이 잉크젯 바이오 프린팅을 이용해 다종의 인간 폐포 세포주를 포함하고 있는 3차원 폐 모델을 제작했다고 밝혔다. 특히, 연구에 사용된 잉크젯 바이오 프린팅은 환자 맞춤형 조직 제작, 표준화·대량 생산도 가능해 기존의 테스트 모델을 대체할 것으로 기대된다.

사람의 폐는 생명 활동에 필요한 산소를 받아들이고 부산물로 발생한 이산화탄소를 몸 밖으로 내보내기 위해 끊임없이 호흡한다.

몸속에 들어온 산소는 기도를 거쳐 폐포에 도착, 폐포의 모세혈관을 통해 혈액이 싣고 온 이산화탄소와 교체된다.

여기서 폐포는 얇은 상피 세포층으로 이루어져 있고 주변의 얇은 모세혈관으로 둘러싸여 속이 빈 포도송이 모양을 하고 있다.

산소와 이산화탄소가 이동하는 폐포막은 '상피층-기저막-내피 모세혈관층'으로 된 3층 구조이며, 기체의 이동이 쉽도록 매우 얇은 두께로 돼 있다.

그동안 얇고 복잡한 구조의 폐포를 정확하게 모사하는 데 한계가 있었다.

이에 연구팀은 세계 최초로 드롭 온 디맨드(drop on demand) 고정밀 잉크젯 프린팅을 이용해 폐포 세포를 고해상도로 적층해 약 10 마이크로미터(㎛)의 얇은 두께를 갖는 3층 폐포 장벽 모델을 재현했다. 또한, 제작된 폐포 장벽 모델은 바이러스 감염도나 항바이러스 반응 측면에서 실제 조직 수준의 생리학적 반응을 유사하게 재현한 것임을 밝혀냈다. 또한, 이 모델을 인플루엔자 바이러스 감염 모델로 사용했을 때 바이러스의 자가 증식과 항바이러스 반응이 나타나는 것도 관찰했다.

정성준 교수는 "바이오 프린팅을 이용해 세포를 프린팅하고 조직을 제작하고 있지만, 약 10㎛ 두께의 3층 구조를 가진 폐포의 장벽을 모사한 것은 세계 최초"라며 "인공 폐포를 바이러스에 감염 시켜 생리학적 항바이러스 반응을 관찰한 사례 역시 처음"이라고 밝혔다. 그는 이어 "환자 맞춤형 질병 모델 제작, 대량생산, 품질 관리가 가능해 신종 코로나바이러스 감염증을 비롯한 전염성 호흡기 바이러스에 대응할 수 있는 치료 약물과 백신 유효성 평가용 초기 플랫폼으로 활용할 수 있다"고 덧붙였다.

이번 연구는 국제 학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 최근 게재됐다.
김기태기자 ktk@yeongnam.com

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