한빛사 인터뷰
- 등록2025-01-03
- 조회254
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
연 조직 재건은 외과적 시술과 기능적 복구에서 중요한 과제입니다. 병원에서는 우수한 생체 적합성을 가진 자가 지방 이식을 통해 이를 해결하려 하고 있지만, 이식된 지방 조직의 부피가 크면 내부 괴사와 분해로 인해 체적이 50~70% 감소하는 문제가 여전히 해결되지 않고 있습니다. 이를 위해, 물리적 소형화(micronization)를 기반으로 세포외 기질(ECM)과 살아있는 지방 세포, 혈관 세포, 줄기세포가 보존된 미세 지방 조직(microfat)을 제작하는 기술이 개발되었습니다. 하지만, 미세 지방 조직을 활용한 이식은 주목받고 있으나, 생착을 위한 혈관화와 지방 조직의 장기적인 보존이라는 측면에서 여전히 한계가 존재합니다.
본 연구는 이러한 한계를 극복하기 위해 Adipose Tissue Micro-Fragment (ATmf) Bio-Ink를 개발하였습니다. ATmf 바이오 잉크의 가장 큰 특징은 환자의 살아있는 조직을 바로 바이오프린팅에 적용할 수 있다는 점으로, 기존의 단일 세포 기반 바이오 잉크와 차별화된 새로운 접근법을 제시합니다. ATmf 바이오 잉크의 환자 자신의 살아있는 지방 조직을 기반으로 세포외 기질(ECM)과 다양한 세포를 보존하며, 이를 임상에 적용가능한 젤라틴 및 피브리노겐과 혼합하여 뛰어난 3차원 가공 능력과 생체 적합성을 제공합니다. 이를 통해 환자의 자가조직을 직접 활용함으로써 면역 반응의 위험을 줄이고, 이식 후 조직의 생착률과 안정성을 크게 향상시킬 수 있었습니다.
그 결과, 본 연구에서는 조직 소형화 장치를 개발하여 바이오프린팅에 적합한 미세 지방 조직을 생성하였습니다. 네 가지 블레이드 유형(2중, 4중, 평면, 교차 블레이드)을 비교한 결과, 4중 블레이드를 사용했을 때 가장 균일하고 작은 크기(평균 약 282μm)의 미세 지방 조직을 생성하며, 세포 생존율도 약 75%로 양호하게 유지되었습니다. 조직 소형화 과정에서 ECM(세포외 기질) 구조와 주요 생화학적 성분(콜라겐, 엘라스틴, 글리코사미노글리칸)은 원래 조직과 유사하게 보존되었습니다. 추가적인 세포 배양 실험에서는 미세 지방 조직의 세포 생존율이 7일 내에 85% 이상으로 회복되었으며, 면역 염색 분석에서 지방 세포뿐 아니라 혈관 세포와 줄기세포를 포함한 다양한 세포 구성 요소가 유지됨을 확인했습니다.
그리고 ATmf Bio-Ink를 이용한 지방 조직 이식 후 생착과 혈관화를 면역결핍 쥐의 피하 이식을 통해 분석하였습니다. 이식된 지방 조직의 체적 유지율은 기존 바이오 잉크 대비 약 500% 높았으며, 혈관 형성 또한 300% 이상 증가하는 결과를 보였습니다. Micro-CT를 활용한 혈관화 분석에서는 이식 후 생성된 혈관 형성 밀도와 분포가 기존 치료법에 비해 현저히 증가하였음을 확인하였습니다. 조직학적 분석 결과, 섬유화, 염증 반응, 그리고 괴사가 기존 치료법 대비 크게 감소했습니다. 끝으로 이 기술을 환자 맞춤형 조직 구조체 개발에 활용 하였습니다. 3D CAD/CAM 소프트웨어를 활용하여 유방암 부분절제술 환자의 손상된 조직을 바이오프린팅 기술로 재구성할 수 있었습니다.
본 연구에서는 환자의 살아있는 조직을 직접 바이오프린팅에 적용할 수 있는 플랫폼을 제시하였습니다. 우수한 체적 유지율과 혈관화를 보여 유방 재건 및 안면부 체적 손실 복구와 같은 연 조직 재건, 외상 및 화상 환자의 피부 재생을 촉진하는 창상 치유 및 흉터 치료, 그리고 비만 및 당뇨병 연구를 위한 대사질환 플랫폼 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
저는 울산과학기술원(UNIST)의 강현욱 교수님 연구실에서 석박사 통합 과정을 수행하며 바이오프린팅 기술을 활용한 재생의학 및 조직공학 연구에 집중했습니다. 강 교수님의 연구실은 바이오프린팅 기술 개발과 함께, 다양한 생체재료를 활용한 혈관화 조직 및 오가노이드 연구 등 여러 분야에서 활발한 연구 활동을 펼치고 있습니다. 대학원 과정동안 저는 조직유래 바이오잉크의 개발 및 가공성 최적화를 바탕으로, 암 오가노이드 제작, 연조직 재건 기술 개발, 그리고 생체외 간 독성 평가에 관해 연구하였습니다. 이러한 연구들은 재생의학에서 임상 적용 가능성을 높이고, 의료 분야에서의 실질적인 응용 가능성을 확장하기 위한 목표를 가지고 진행되었습니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
재생의학 분야의 목표는 손상된 조직과 장기의 기능을 복원하거나 대체할 수 있는 생체적합성 인공조직을 개발하는 것입니다. 바이오프린팅 기술은 이 목표를 달성하기 위해 필수적인 도구로 자리 잡고 있습니다. 이 기술을 통해 다양한 세포와 생체재료를 정밀하게 배치하며, 실제 인체 조직과 유사한 구조를 만들어낼 수 있습니다.
우리 일상에서 3D 프린팅 기술은 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 산업 전반에서 활용되고 있는 3D 가공기술로 다양한 세포를 사출하여 인공장기 또는 조직 모사체를 제작할 수 있는 바이오프린팅은 너무 흥미롭고 신기한 연구 기술입니다. 바이오프린팅 기술은 생물학적 요소와 공학적 요소를 융합하는 독특한 연구 분야로, 세포와 생체재료의 상호작용 그리고 생체외/내의 함께 다루기 때문에 다학제간 연구가 필요합니다.
그리고 실제 임상에 적용될 수 있는 바이오프린팅 기술을 개발하기 위해서, 어떤 난제가 있는지 찾는 과정은 매우 흥미롭습니다. 더 나아가, 연구 결과가 환자 맞춤형 치료와 같은 실질적인 응용 가능성을 가진다는 점에서 큰 자부심을 느낍니다. 또한, 바이오프린팅 기술이 다양한 질환 치료를 위한 새로운 길을 열 수 있다는 점에서 연구자로서 큰 보람을 느끼고 있습니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
재생의학은 생물학, 공학, 재료과학과 같이 다양한 분야의 지식이 필요한 다학제적 연구 분야입니다. 따라서 특정 전공에 국한되지 않고 다방면에서 지식을 습득하는 넓은 시각을 개발하는 것이 중요합니다. 인간의 신체와 조직이 어떻게 작동하는지에 대한 깊은 이해는 이 분야에서 연구를 수행하는 데 필수적입니다. 바이오프린팅과 같은 3D 가공 기술에 흥미가 있다면, 직접 3D CAD 모델링과 프린팅 경험을 쌓으며, 다양한 재료에 대한 이해를 심화하는 것이 도움이 될 것입니다. 또한, 임상 연구를 함께 공부하여, 실제 임상에 적용할 수 있는 가능성을 높이는 데 기여할 수 있으면 좋겠습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
현재 저는 웨이크포레스트 재생의학 연구소(WFIRM)에서 진행 중인 연구를 통해 바이오프린팅 기술을 실제 임상에 적용할 수 있는 방법을 모색하고 있습니다. 구체적으로는 제1형 당뇨병 치료를 위한 인간 췌도 조직 제작, 대면적 연조직 재건, 암 오가노이드 기반 진단 모델 개발 그리고 복합 근조직 개발 등을 진행 중입니다. 향후 계획으로는 바이오프린팅 기술의 우수한 가공성과 다양성을 활용하여 환자 맞춤형 조직 제작뿐만 아니라, 질환 진단과 치료제 개발에도 기여할 수 있는 연구를 심화할 계획입니다. 이를 바탕으로 바이오프린팅 기술이 재생의학 분야에서 환자 맞춤형 치료에 실질적으로 기여할 수 있기를 바랍니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
무엇보다도 지금까지의 연구를 함께 해주고 계신 많은 교수님들과 연구원 분들께 감사드립니다. 특히, 대학원 과정 동안 저를 지도해 주신 강현욱 교수님께 감사드립니다. 교수님의 가르침 덕분에 연구자로서 성장할 수 있었고, 이 자리를 빌려 다시 한번 감사의 마음을 전하고 싶습니다. 그리고 변함없이 응원해 주신 부모님께 깊은 감사를 드립니다. 부모님의 믿음과 지원 덕분에 지금까지 연구를 이어갈 수 있었고, 앞으로도 그 응원에 부응하기 위해 더 노력하겠습니다. 앞으로도 바이오프린팅 기술의 잠재력을 확장하고, 연구 성과가 환자 치료와 사회에 기여할 수 있도록 노력하겠습니다. 이 인터뷰를 읽으시는 많은 분들과 협력할 기회를 기대하며, 열정을 가지고 연구를 이어가겠습니다.
#Bioprinting
#Soft tissue reconstrcution
#Regenerative medicine
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