1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

조직공학 및 재생의학 분야는 장기(organs) 부족 문제점을 극복하기 위한 학문으로, 이식 가능한 기능적 조직 구조체 뿐만 아니라 질병 기전, 약물 검사, 신약 개발, 독성 검사 등에 활용되는 체외 조직 모델을 개발하는 것을 목적으로 합니다. 이 때, 3D 바이오프린팅 기술은 뛰어난 공정 유연성으로 조직 특이적 세포 배열과 구조적 특징의 다양한 모사를 가능하게 하여 각광받는 기술 중 하나입니다. 하지만, 현재까지 개발된 바이오잉크는, 형태 유지 성능과 생체 적합성 사이의 상충적 관계로 인해, 사람 장기 크기의 대(大)체적 조직 모사체 제작에 한계를 지닙니다.

최근, 개발된 탈세포화된 세포외 기질(dECM) 기반 바이오 잉크는, 실제 조직과 장기와 유사한 생체 분자의 성분과 구성을 지닌다는 점에서 조직 모사체 내 복잡한 미세 환경을 모방 및 구현할 수 있는 이상적인 생체 재료입니다. 하지만, dECM 기반 바이오잉크 역시 충분한 인쇄능(printability)과 기계적 안정성을 가지지 못하여 3D 조직 모사체를 제작하는 데 있어 실질적 적용이 어렵다는 단점이 있습니다. 이를 극복하기 위해, 임상적으로 적용 가능한 큰 체적의 조직 모사체 제작을 위해 형태 유지력을 높이기 위한 지지층 또는 희생층 사용 등의 다양한 전략이 시도되었으나, 제작 이후 지지층 또는 희생층 제거 등을 비롯한 프린팅 후 물질 처리 과정이 필수적으로 동반되어야 하며, 이 과정에서 구조체의 붕괴 위험이 있다는 단점이 여전히 존재합니다.

본 연구에서는 dECM 기반 바이오잉크에 광개시제인 루테늄/황산나트륨(Ru/SPS)을 혼합하여 가시광선으로 광가교시킴으로서, 기계적 물성이 높은 바이오잉크 (dERS)를 개발하였습니다. 광가교 과정에서 dECM 내 tyrosine 간 di-tyrosine bonding을 생성시키는데, 이 결합은 수 초내로 개시되어 3D 프린팅 과정에서 각 층을 쌓을 때 붕괴되지 않을 정도의 물성을 제공합니다. 이는 dECM 내부 분자간 상호작용을 통한 결합을 유도하는 것이기 때문에, dECM이 가지는 우수한 생화학적 강점을 유지하며 큰 구조체를 만들 수 있습니다. 실제로, 각 조직 유래의 dERS 사용을 통해 각막의 곡률과 심장 심실 구조의 재현이 가능한 것으로 확인하였고, 이 때, 세포 역시 조직 특이적인 유전자를 높게 발현하며 조직 특이적으로 기능하는 것을 관찰했습니다. 따라서, 이번 연구를 통해 개발된 dERS는 봉입한 세포에게 조직 특이적 환경을 제공할 수 있으면서도 동시에 높은 형태 유지력으로 3D 바이오프린팅 기반 제조 다능성을 보여주었다는 점에서 biofabrication 및 조직 공학 분야에서의 한계점을 극복하는 데 크게 기여할 것이라 생각합니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

이번 연구는 POSTECH IT융합공학과의 장진아 교수님, 기계공학과 조동우 교수님, 뉴질랜드 Otago 대학교의 Tim B.F. Woodfield 교수님의 공동연구로 진행되었습니다. 제가 소속된 조동우 교수님-장진아 교수님 실험실은 지능생산시스템연구실로, biomedical engineering과 관련한 다양한 연구를 수행하고 있습니다. 저희 실험실은 분야 선도적 연구를 수행하며 좋은 성과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 교수님들의 아낌없는 지원과 가르침을 통해 독립적인 연구자로 성장할 수 있는 점이 최대 장점입니다.

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

제가 이번에 진행하였던 바이오잉크의 물성 강화 연구는, 제가 박사 학위 때 연구하였던 내용이나 학부 전공과는 다른 분야였습니다. 연구초반에는, 기계 공학도로써 화학식을 마주하며 화학적 분석 방식을 공부한다는 사실이 상당히 막막했습니다. 하지만 장진아 교수님의 지도와 공동연구자들의 끝없는 논의를 통해 어려운 점을 하나씩 풀어나갈 수 있었고, 이번 논문과 같은 좋은 결실을 맺을 수 있었습니다. 그 과정에서 조직 공학과 같은 융합 학문에서 공동 연구의 필요성과 공동 연구를 통한 시너지를 다시 한 번 느낄 수 있었습니다. 또한, 이처럼 새로운 분야에 도전하여 연구 역량도 넓히고 좋은 논문으로 연구를 마무리하였을 때 제 스스로가 조금씩 성장하고 있는 것 같아 보람을 느낄 수 있었습니다.

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

분야를 막론하고 학위과정은 생각했던 것보다 많이 힘듭니다. 많은 공동 연구자들이 학위과정동안 스스로에 대해 돌아보는 시간을 가지며 힘들어하는 모습을 많이 보았습니다. 그 과정에서 본인이 진학 혹은 유학을 하는 목표가 있으면 큰 동기 부여가 되는 것을 깨달았습니다. 분야에 대한 호기심도 필요하지만, 더 심도 있는 공부를 통한 인생의 목표를 설정하는 것이 가장 먼저라 생각합니다. 그 목표가 구체적일수록, 긴 학위 과정 기간동안 다양한 일들을 경험하면서 본인 스스로 헤쳐나갈 수 있는 원동력이 될 것입니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

이번 연구를 통해 바이오잉크의 재료적 응용에 대한 흥미를 느꼈습니다. 현재 후속 연구로, dECM을 활용한 bioadhesive를 개발하는 연구를 수행하고 있습니다. 이는, 임상에서의 적용 가능성을 높이기 위해 실제 사용자인 의사/수의사와의 협업을 통해 수행하고 있습니다. 미래에는 이런 조직 공학적 연구를 기반으로, 실제 환자 및 환축들에게 도움이 되기를 기원합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

가장 먼저 아무것도 모르는 학부 연구 참여생이었던 저를 지도해주신 조동우 교수님, 장진아 교수님께 진심으로 감사 인사를 전합니다. 교수님 두 분의 지도로 정말 많이 배웠고, 저의 부족한 부분들을 많이 채워 나갈 수 있었습니다. 그리고 함께 공동연구를 진행한 뉴질랜드 Otago 대학교의 Tim B.F. Woodfield 교수님, Khoon S. Lim 박사님을 비롯하여 모든 저자분들께도 감사의 말씀 드립니다. 함께 고생하고 연구하는 IMS, BTM 실험실 구성원 분들께도 감사드립니다. 마지막으로 학위를 시작할 때부터 지금까지 늘 응원을 아끼지 않는 부모님과 가족들, 친구들에게도 고맙고 사랑한다고 전하고 싶습니다.