[한국대학신문 이원지 기자] 성균관대학교(총장 신동렬) 바이오메카트로닉스학과 김근형 교수 연구팀(김원진, 이형진, 황보한준 연구원)은 세포·프린팅 공정 중 바이오잉크에 함유돼 있는 줄기세포의 성장과 분화를 효율적으로 제어할 수 있는 바이오리액터가 결합된 융합 세포·프린팅 기술(Pri-actor)을 세계 최초로 개발했다.

13일 성균관대에 따르면 Pri-actor 기술은 살아있는 세포가 포함된 바이오잉크를 프린팅하는 기술인 세포·프린팅 기술과 세포배양 시 일정한 물리적 자극을 통해 세포의 성장과 분화를 조절할 수 있는 바이오리액터 기술이 융합된 개념이다.

연구팀이 개발한 바이오리액터-세포·프린팅 융합 공정 기술은 프린팅 공정 중 바이오잉크를 물리적 자극(전기장·자외선 에너지)에 단시간 노출시키도록 설계됐다. 이때 프린팅과 동시에 가해진 전기적·물리적 자극이 바이오잉크에 내포된 지방유래 줄기세포의 성장과 근육세포로의 분화를 효과적으로 유도할 수 있었다.

연구팀은 0.1초 이하로 가해지는 전기장 세기를 포함한 다양한 프린팅 공정 조건을 최적화했다. 이를 통해 줄기세포의 신호 전달 체계·이온전압채널을 활성화시킴과 동시에 제작된 인공 근조직을 배열 근육조직으로 유도하여 효과적인 근 섬유로의 분화를 유도했다.

제작된 인공 근육을 골격근 손상 동물모델에 이식했을 때 실제 근육처럼 근섬유가 재생됐고 사람의 근육조직을 이루는 신경-근접합과 신생 혈관 형성 또한 매우 뛰어났다. 뿐만 아니라 전기신호를 통한 근력측정·동물모델의 운동성 관찰을 통해 근육의 기능을 완벽히 회복한 것으로 확인됐다.

김 교수는 “본 연구를 통해 개발된 새로운 Pri-actor 기술은 근육의 해부학적 환경을 최적으로 모사하는 인공 근육을 제작할 수 있을 뿐만 아니라 동물 모델에 이식한 후 실제 근육의 기능에 가깝게 재생시킬 수 있다”며 “나아가 이 기술에 포함된 물리적 자극의 조절을 통해 근육과 다양한 인체조직을 타깃으로 하는 줄기세포 분화를 직접적으로 유도 가능한 조직 맞춤형 인공 장기 제작 시스템으로 재생의료 분야에서 효과적으로 이용이 가능할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부‧한국연구재단이 추진하는 중견연구지원사업 ·자연모사혁신기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 재료과학응용 분야 국제학술지 <어드벤스드 펑셔널 머터리얼즈>(Advanced Functional Materials, Impact factor=18.8, 21년 8월), 생체재료과학 분야 <바이오엑티브 머터리얼즈>(Bioactive Materials, Impact factor=14.6, 21년 7월), 응용화학공학분야 <케미컬엔지니어링 저널>(Chemical Engineering Journal, Impact factor= 13.3, 21년 4월)에 각각 게재됐다. 또한 관련 연구는 아리랑TV BizTech KOREA ‘Outlook for regenerative medicine’에 4일에 소개됐다.