미세유체칩 기반 조직공학 기술 적용 3D 인공근육 조직 최적화 제작법 개발
전성윤, 심기동 KAIST 교수팀, 근감소증 등 질병 연구·조직공학 분야 기여 기대
인체의 상당 부분을 차지하는 골격근도 만들 수 있게 됐다.
전성윤 KAIST 기계공학과 교수(바이오미세유체연구실), 심기동 기계공학과 교수 연구팀이 체외 삼차원 환경에서 골격근 조직을 제작하는 바이오 미세유체시스템(Biomicrofluidic system)을 개발했다고 27일 밝혔다.
바이오 미세유체시스템은 반도체 회로 제조 등에 사용되는 포토리소그래피(Photolithography) 공정 등을 기반으로 제작되는 마이크로 스케일의 시스템으로, 세포 및 생체조직 배양, 유동 생성 및 제어 등에 활용된다.
연구팀은 해당 연구에서 자체 개발한 미세유체시스템을 사용해 골격근 조직 배양에 있어 큰 비중을 차지하는 하이드로겔의 구성 성분, 겔화 시간, 세포의 농도 등을 조절해 다양한 조건에서 삼차원 근육 밴드를 제작했다.
또 제작된 골격근 조직에 대해 근육의 수축력 및 반응 속도 측정과 함께 조직 형태, 기계적 특성, 골격근 성장 및 분화와 관련된 유전자 발현 비교 등 다양한 분석을 진행했다.
연구팀은 결과 분석을 통해 최적의 근육 조직 제작법을 확립했으며, 이런 최적의 제작법으로 배양했을 때 견고한 골격근 조직이 제작된 것을 확인했다.
조직공학 및 배양 시스템 설계의 중요성을 강조한 이번 연구에서는, 하이드로젤 특성이 3D 근골격계 조직 발달에 미치는 영향을 조사했다. 주요 연구 결과에 따르면 하이드로젤의 기계적 특성은 세포 분화와 조직 기능을 높인다.
전성윤 교수는 "이번 연구는 인공 골격근 조직 배양에 있어 세포가 함유된 하이드로젤 제조에 대한 조건의 영향을 탐구함으로써 기존의 균일하지 못한 배양 방식에 가이드라인을 제시하고, 치료 응용 및 질병 모델링을 위한 조직 공학 최적화를 위한 필수 인사이트를 제공한다"라면서 "향후 골격근뿐 아니라 심장이나 골수와 같은 인공 생체 조직 제작에 도움을 줄 수 있다. 이번 플랫폼은 노화나 우주 미세중력 등에 의한 근감소증을 비롯 여러 근골격계 질병 연구에 활용 될 것을 기대한다"고 말했다.
KAIST 기계공학과 김재상 박사 및 김인우 박사과정 학생이 공동으로 진행한 이번 연구는, 국제 학술지인 <어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈>(Advanced functional materials) 10월 7일자에 게재됐다. 논문 제목은 'Strategic Approaches in Generation of Robust Microphysiological 3D Musculoskeletal Tissue System'(https://doi.org/10.1002/adfm.202410872).
이번 연구는 한국연구재단 및 BK21 사업의 지원으로 수행됐다.
