조직공학을 통한 인공조직체는 지난 세월 동안 세포가 생존할 수 있는 지지체가 발전해 왔고, 이러한 지지체를 통해 입체적 형상의 세포 배양 구조를 여러 방식으로 제작·가공하여 재생의학, 약물 탐색 플랫폼 등의 활용 방안으로 사용되도록 발전해 왔습니다.

그 중에서도 본 연구는 기능적 인공근육체를 제작하고자 하였고, 근육인공근육체는 다음과 같은 4가지 활용 방안을 들 수 있습니다.

1. 근육 장기는 회복성이 좋지만, 약 20%가량 손실을 입으면 영구적인 손상이 남는다고 알려져 있습니다. 인공근육조직체가 병원에서 환자 맞춤으로 빠르게 제작된다면 재건을 위한 재생치료 소재로서 활용 가능성이 있습니다.
2. 근육 질병에는 뒤센근이영양증과 같은 유전질환과 노화에 의한 근감소증과 같은 질병들이 있습니다. 이러한 질병 모델을 실험실에서 구현하면 여러 약물들과 건강기능 소재를 질병에 맞게 탐색할 수 있는 연구 플랫폼으로 활용될 수 있습니다.
3. 최근 동물 윤리 문제와 목축으로 인한 환경 파괴 문제에 더해 증가하는 인류의 식량 문제를 해소하기 위해 배양육이 큰 관심을 받고 있습니다. 인공근육공학은 이 배양육 연구와 크게 다르지 않습니다. 우리가 대표적으로 떠올리는 고기는 대부분 근육 부위이며, 이러한 인공근육을 실험실 또는 기업의 배양육 생산 시설에서 생산할 수 있다면, 우리는 윤리 문제에서 비교적 자유로운 식량 문제의 해결 방안을 가질 수 있을 것입니다.
4. 마지막으로 움직이는 장치의 소형화는 기존의 기계식 장치로는 액추에이터(Actuator)의 크기로 인한 소형화의 한계가 있습니다. 인공근육체를 자유롭게 제작하고 구동할 수 있다면, 곤충 다리보다도 더 작은 형태의 초소형 액추에이터를 단 장치를 구현할 수 있을 것입니다.

그러나 인공근육조직공학은 아직 완성된 단계의 기술이 아닙니다. 우선 실제 생체와 같은 성숙화가 이루어지지 않아 근섬유가 충분히 형성되지 않고, 정렬된 움직임과 같은 기능을 충분히 구현해내지 못하고 있습니다. 또한 인공근육체를 대량으로 생산하지 못하고 작은 부분 형태로만 실험실에서 구현하고 있다는 점이 현재의 한계로 들 수 있습니다.
본 연구에서는 앞의 문제들을 개선하기 위해 우선, 돼지 앞다리살을 이용해 탈세포화 기술로 근육 세포에 적합한 탈세포화 지지체(Muscle derived Decellularized ECM)를 제작하였습니다. 저희는 이 지지체에서 근육 특이적 단백질이 잘 보존되어 있고 세포 독성이 없음을 확인하였으며, 공정에 따른 지지체의 물성을 평가하였습니다. 이후 세포가 수축하며 발생시키는 힘과 지지체가 버티는 힘을 활용하기 위해 2개 기둥 구조의 프레임을 제작·적용하여, 지지체 내 세포의 정렬화를 통해 화학적·물리적 성숙화 향상을 도모하였습니다.
다음으로 이렇게 만들어진 구조체에 주기적으로 인장력을 가해줄 수 있는 바이오리액터(Bio-reactor)와 동시에 근육구조체를 대량 생산할 수 있는 다중 챔버(multi-chamber) 구조를 고안하였습니다. 이를 통해 인공근육의 대량생산과 동시에 외부 자극을 통한 근분화를 촉진시키고, 전기 자극에 대한 반응을 확인할 수 있었습니다

결과적으로 이 연구를 통해 근육특이적 세포 신호를 잘 자극해주는 근육 탈세포화 지지체를 구현하였고, 공정처리를 통해 구조체가 점탄성의 특성을 지닌 안정적인 지지체로 만들어져 기둥구조에서 끊어지지 않고 세포와의 힘 균형을 통해 물리적 정렬화가 유도되며 근분화가 일어나게 했습니다. 더 나아가 배양공간을 다중 배양 장치 및 자극이 가능한 바이오리액터로 확장하여, 다량의 인공근육체 배양과 근성숙화를 증진시키는 플랫폼을 구현하였습니다.

• 형식Research article
• 게재일2026년 02월 (BRIC 등록일 2026-02-26)
• 연구진국내 연구진
• 분야 생명과학 > 생물공학