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학술웨비나 - 연구성과
센티미터 규모의 체적 조직 유사체를 위한 광 활성화 탈세포화 세포외기질 기반 바이오잉크 [Adv. Funct. Mater.]
김현지
 일시 
   2021년 12월 20일 (월) 오후 2시 (한국시간)
 연사 
   김현지 (POSTECH)
세미나 개요
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 한다. 이 때, 3D 바이오프린팅 기술은 뛰어난 공정 유연성으로 조직 특이적 세포 배열과 구조적 특징의 다양한 모사를 가능하게 하여 각광받는 기술 중 하나이다. 하지만, 현재까지 개발된 바이오잉크는, 형태 유지 성능과 생체 적합성 사이의 상충적 관계로 인해, 사람 장기 크기의 대(大)체적 조직 모사체 제작에 한계를 지닌다.

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 재료이다. 하지만, dECM 기반 바이오잉크 역시 충분한 인쇄능(printability)과 기계적 안정성을 가지지 못하여 3D 조직 모사체를 제작하는 데 있어 실질적 적용이 어렵다는 단점이 있다. 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 존재한다.

본 연구에서는 dECM 기반 바이오잉크에 광개시제인 루테늄/황산나트륨(Ru/SPS)을 혼합하여 가시광선으로 광가교시킴으로서, 기계적 물성이 높은 바이오잉크 (dERS)를 개발하였다. 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 제공한다. 이는 dECM 내부 분자간 상호작용을 통한 결합을 유도하는 것이기 때문에, dECM이 가지는 우수한 생화학적 강점을 유지하며 큰 구조체를 만들 수 있다. 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 관찰할 수 있었다. 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 수 있을 것이다.
세미나 보기
관련논문 보기
Light-Activated Decellularized Extracellular Matrix-Based Bioinks for Volumetric Tissue Analogs at the Centimeter Scale
Adv. Funct. Mater., First published: 13 May 2021 | https://doi.org/10.1002/adfm.202011252
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