3D 프린터로 '실제근육' 닮은 '인공근육' 제작
3D 프린터로 '실제근육' 닮은 '인공근육' 제작
  • 강지희
  • 승인 2019.11.28 10:00
  • 조회수 401
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

근육 필요하신 분들, 주목~!
근육 필요하신 분들, 주목~!

바이오프린팅은 인체 조직을 3D프린터로 정교하게 출력해 손상되거나 결손된 부위의 재건을 돕는 분야입니다. 국내 연구진이 바이오프린팅 분야에서 또 다른 도약 이뤄내 주목받고있습니다. 성균관대학교 김근형 교수, 전남대학교 의과대학 장철호 교수 공동 연구팀이 금 나노와이어가 포함된 콜라겐/세포 바이오잉크를 기반으로 근섬유다발을 만들었습니다. 해당 연구 논문은 <Nano Letters>에 게재됐습니다. 

  • 바이오프린팅?

컴퓨터의 도움으로 바이오잉크를 원하는 설계대로 한층-한층 분사하는 방식입니다. 세포나 조직 등을 출력합니다.  

  • 바이오잉크(bioink)?

살아있는 세포와 세포 친화적인 하이드로겔로 이루어진 바이오소재입니다.

'금 나노와이어', 근육조직 한 방향으로 자라게 한다

금-나노입자가 포함된 콜라겐 바이오잉크를 이용한 근육 조직 제작 모식도 및 제작된 근육 조직 내 세포의 성장 및 성숙도. 출처: 한국연구재단

생체적합성 바이오잉크는 실제 살아있는 세포가 포함됩니다. 바이오프린팅에서 관건은 생체적합성 바이오잉크를 이용해 저마다 고유한 해부학적 특징과 생리학적 기능을 가진 조직으로 구현하는 겁니다. 특히 근육조직은 세포가 한 방향으로 배열된 근섬유다발 형태로 구현해야 하는데요. 실제 조직에서 일정한 방향성(aligned topographical cues)은 세포가 자랄 수 있도록 둘러싼 지지체인 세포외기질(ECM)이 제공합니다. 하지만 과학자들은 세포외기질이 제공하는 일정한 방향성을 잉크와 함께 분사된 세포에 제시할 방법을 찾지 못했습니다. 

 

연구팀은 금 나노와이어를 이용해 콜라겐 바이오잉크 내에 포함된 지방줄기세포가 자라나는 방향을 제어하는 인공근육 제작방식을 제안했습니다. 연구팀은 한 방향으로 배열된 금 나노와이어(지름 30nm, 길이 4,500nm)를 따라 지방줄기세포들이 근육세포로 분화해 자라도록 유도했습니다. 이는 원예용 지지대를 따라 식물이 뻗어가는 원리와 유사하다고 합니다.

쥐(rat)의 측두근(temporalis muscle) 이식후 손상 조직 재생. 출처: 한국연구재단

인공근육, 진짜 근육처럼 재생됐다

 

이렇게 만들어진 인공 근육세포는 대체조직으로서의 가능성을 보여줬습니다. 연구팀의 근육세포는 초기 생존율이 90%를 넘었습니다. 연구팀은 실제 만든 인공근육을 길이 3cm, 너비 1cm 가량의 손상이 있는 쥐의 턱관절 근육, 측두근에 이식했는데요. 이식한 결과 8주 후 이식 부위 조직이 실제 근육처럼 재생됐습니다. 연구팀은 면역화학적 염색을 통해 쥐의 조직을 확인했는데요. 배열된 금-나노입자군을 이식한 쥐의 조직은 10% 미만의 섬유증 (fibrosis)을 보였습니다. 이는 30% 이상의 섬유증을 보인 대조군들에 비해 3.6배 이상 향상된 수치라고 합니다.

김근형 교수. 출처: 한국연구재단
김근형 교수. 출처: 한국연구재단

이 연구의 핵심은 노즐 이동속도와 잉크 유량, 온도 등 복잡한 조건을 최적화하는 겁니다. 연구팀은 이를 통해 유체의 흐름을 제어하고 전기적 신호를 이용해 나노와이어의 배열성을 조절합니다.

 

연구팀이 개발한 근육조직은 단순한 타박상에 의한 작은 범위의 근육조직 손상 외에 큰 외상으로 생긴 근육조직 손상 등에도 매우 광범위하게 활용될 수 있습니다. 뿐만 아니라 루게릭병 같은 불치성 근육손실 질환 치료에도 활용될 전망입니다. 또, 심장, 인대, 힘줄, 신경 등 배열된 형태를 보이는 인체의 다양한 조직의 손상에도 적용 될 것으로 기대됩니다.

 

##참고자료##

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2019 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트