부산대 연구팀이 모듈식 3D 바이오프린팅을 활용해 내분비 활성 지방 조직과 피부 조직을 결합하는 기술 개발에 성공했다.
10일 부산대에 따르면 의생명융합공학부 김병수 교수 연구팀이 3D 바이오프린팅 기술을 활용한 내분비성 지방 조직 조립을 통해 피부 재생을 촉진하는 연구 성과를 발표했다.
지방 조직의 내분비 기능을 활용한 조직 재생 연구의 새로운 패러다임을 제시한 이번 연구는 생체재료·조직공학 국제학술지 Advanced Functional Materials 2월 2일자에 게재됐다.
지방 세포는 여러 ‘사이토카인(면역세포가 분비하는 단백질 신호물질)’을 분비해 주변 조직과 상호작용한다. 내분비 기능은 대사 항상성과 조직 재생에 중요한 영향을 미치지만, 기존 조직공학 기술로는 지방 조직의 구조와 기능을 효과적으로 재현하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 지방 조직의 내분비 기능을 유지하면서도 다양한 조직과 결합할 수 있는 조립 기술을 개발하고, 이를 활용해 피부 재생을 촉진하는 연구를 진행했다.
먼저 지방 조직과 피부 조직의 통합이 중요하다는 점에 착안해 지방 조직을 레고 블록과 유사한 모듈 단위로 제작하고, 피부 진피층과 결합하는 방식을 도입했다. 지방 조직의 높은 세포 밀도를 유지하고 기능성을 극대화하기 위해 내장형 3D 바이오프린팅 기법을 적용해 지방 조직 단위를 안정적으로 형성할 수 있는 최적의 바이오잉크 조성과 프린팅 조건을 설정했다.
또 지방 조직 단위 내 세포가 효과적으로 성숙할 수 있도록 알지네이트(본을 뜨는 인상재료)를 포함한 하이브리드 바이오잉크를 개발했다. 이어 하이브리드 바이오잉크를 기반으로 지방 단위의 최적 크기를 설정하고, 지방 단위 간의 상호작용을 극대화해 내분비 기능 강화를 위한 간격을 조정하는 실험을 수행해 1000㎛ 이하에서 세포 간 신호 전달 및 성숙도가 가장 높은 것을 확인했다.
누드 마우스 모델을 이용해 지방 단위가 포함된 모듈을 피부 손상 부위에 이식한 결과, 상처 부위의 혈관 형성이 증가하고 표피 재생이 촉진되는 것을 확인했다. 레이저 도플러 혈류 이미징(LDPI) 분석에서 혈관 생성이 증가해 혈류 공급이 원활하게 이뤄지는 것을 증명하고, 면역조직화학 분석에서 혈관 생성 마커(CD31) 및 표피 형성 마커(K10)의 발현이 증가해 피부 재생이 활성화됨을 입증했다.
연구팀은 이번 연구를 통해 내분비 기능을 갖춘 지방 조직을 3D 바이오프린팅을 이용해 제작하고, 이를 피부 조직과 정밀하게 결합하는 어셈블리 전략이 기존 조직 공학적 접근법보다 더 빠르고 효율적인 재생 효과를 나타낸다는 사실을 밝혔다.
김병수 교수는 “이번 연구는 지방 조직의 내분비 기능을 활용해 피부 재생을 촉진할 수 있는 혁신적인 3D 바이오프린팅 기술을 개발했다는 점에서 큰 의미가 있다”며 “이 기술이 조직 공학 및 재생의학 분야에서 지방 조직뿐만 아니라 다기능성 인공 조직 제작을 위한 새로운 가능성을 제시할 것”이라고 설명했다.