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박찬흠 한림의대 교수팀, 실크피브로인·빛 이용…미세혈관·세포 정밀 조형 구현
세포 손상 최소화 통해 생체적합성 높여…실제 적용 위해 후속 연구·상용화 박차

국내 연구진이 누에고치에서 추출한 실크피브로인을 원료로 3D 프린팅에 최적화된 '바이오잉크(Sil-MA)'를 개발했다. 바이오 3D 프린터를 이용해 인체조직이나 장기를 만들려면 생체적합성, 적절한 기계적·화학적 물성, 정밀한 프린팅이 가능한 바이오잉크가 핵심이다. 이 바이오잉크는 생체적합성이 뛰어나고 인체조직과 유사한 기계적·화학적 특성을 갖고 있어 학계로부터 인체 이식이 가능한 인공장기 개발 시기를 앞당겼다는 평가를 받고 있다.

박찬흠 한림의대 교수(춘천성심병원 이비인후과·한림대의료원 나노바이오재생의학연구소)·김순희 교수팀이 실크피브로인을 활용 세계 최초로 3D 프린팅용 바이오잉크를 개발했다.

실크피브로인은 누에고치에서 추출한 천연 섬유단백질이다. 실크피브로인은 이미 생체재료나 조직공학에 다양하게 활용되고 있으며, 미국 식품의약국이 승인한 생체재료로 임상 적용 가능성이 높다. 또 국내 양잠농가에는 새로운 고부가가치 수익 창출 품목이기도 하다.

연구팀이 개발한 바이오잉크는 실크피브로인을 빛을 이용해 액체와 고체의 중간성질과 세포 친화력을 갖춘 하이드로겔로 쉽게 만들 수 있으며, 빠르고 정교하게 인공장기나 조직 제작이 가능하다.

특히 실크피브로인 바이오잉크는 현재 바이오 3D 프린팅 기술로 해결하지 못했던 미세혈관이나 다양한 세포의 정밀한 조형까지 가능하다. 실크피브로인 바이오잉크는 광경화 방식(빛을 받으면 굳는) 3D DLP(Digital Light Processing) 바이오프린터를 통해 심장·폐·뇌·혈관 등 매우 복잡한 형태의 인체조직과 장기로 출력될 수 있다. 실제 장기의 섬세한 부분까지 유사하게 출력 가능하다.

사진1. 실크피브로인 바이오잉크로 제작한 인공장기(위부터 기도·심장·폐)와 혈관. ⓒ의협신문

무엇보다도 현재 3D 프린팅 인공조직·장기가 풀어야 할 핵심 난제는 생체친화력과 이식 후 기계적·물리적 물성을 유지하는 것이다. 실크피브로인 바이오잉크는 기존 바이오잉크보다 빠른 세포함유 프린팅이 가능하다. 덕분에 세포 손상을 최소로 줄이고, 생체적합성을 증가시켰다. 살아있는 세포를 함유한 실크피브로인 바이오잉크는 기계적 물성이 뛰어나기 때문에 체내 이식이나 봉합이 가능하다.

사진 2. 실크피브로인 바이오잉크로 제작한 뇌와 귀 연골. 우수한 탄력성 덕분에 외부 충격을 가해도 손상되지 않고 원래의 형상을 그대로 유지한다. 이는 기존의 하이드로겔 바이오잉크에 비해 뛰어난 기계적 물성을 가지고 있어 봉합 및 생체 이식이 가능하다. ⓒ의협신문

박찬흠 교수는 "3D 바이오 프린팅의 미래는 생체적합성과 기계적·화학적 특성이 우수한 바이오잉크의 개발에 달려 있다. 이번 연구의 핵심은 두 가지 방향성에 모두 부합하고 실제 생체 이식에 적용 가능한 기술이라는 점에서 의미가 크다"고 말했다.

한림대의료원은 이번 연구결과가 실제 임상에 적용될 수 있도록 상용화와 후속 연구에 박차를 가하고 있다. 춘천성심병원 이비인후과와 나노바이오재생의학연구소는 이번 바이오잉크 원천 제작 기술을 이용해 인공 혈관·식도·기도·연골 등을 만들고 동물에 적용하는 실험을 준비하고 있다. 두경부 암 가운데 목소리를 낼 수 없는 후두암 환자에 적용할 수 있는 인공 후두를 곧 선보일 예정이다.

이번 연구성과는 2018년 4월 국제학술지 <네이처 커뮤니케이션즈>(Nature Communications, IF: 12.124)에 실렸다.

한림대의료원은 바이오 3D프린터를 이용해 식도와 기관·후두·뼈·혈관·자궁 등 인공장기 및 '휴먼 온 어 칩(human on a chip)' 등의 조직공학·재생의학 관련 연구를 진행하고 있다. 다양한 방식의 바이오 3D 프린터 및 프린팅 소프트웨어 등을 직접 개발하고 있어 조직공학 및 인공 장기 개발에 최적화된 연구 환경을 갖추고 있다. 2008년 개소 이래로 현재까지 190여 편의 논문과, 20여건의 특허등록, 11건의 기술이전을 시행했다.

의협신문 이영재기자

기사입력시간 2018.05.16 11:45