포스텍 정성준 교수 연구팀, 세계 첫 몸 밖에서 숨쉬는 ‘인공 폐’ 개발
포스텍 정성준 교수 연구팀, 세계 첫 몸 밖에서 숨쉬는 ‘인공 폐’ 개발
  • 이시형
  • 승인 2021.03.23 21:30
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바이오 프린팅으로 모델 제작
환자 맞춤형 조직 제작 가능
정성준교수
정성준 교수
유주연교수
유주연 교수
강다윤씨
강다운
호흡에 관여하는 폐는 복잡한 구조와 얇은 두께 때문에 실험용 인공 폐를 만들기 어려웠으나, 최근 POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 연구팀이 인공 폐 모델을 3D프린팅으로 만드는 데 세계 최초로 성공했다.

22일 POSTECH 신소재공학과 정성준 교수, 생명과학과 유주연 교수, 통합과정 강다윤 씨 연구팀은 잉크젯 바이오 프린팅을 이용해 다종의 인간 폐포 세포주를 포함하고 있는 3차원 폐 모델을 제작하는 데 성공했다. 특히, 연구에서 사용된 잉크젯 바이오 프린팅은 환자 맞춤형 조직 제작과 표준화가 가능하고, 대량 생산도 가능해 기존의 테스트 모델을 대체할 수 있을 것으로 화제를 모으고 있다. 한국연구재단 중견연구자지원사업, 선도연구센터지원사업, 기초연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 최근 게재됐다.

사람의 폐는 생명 활동에 필요한 산소를 받아들이고 부산물로 발생한 이산화탄소를 몸 밖으로 내보내기 위해 끊임없이 호흡한다. 몸속에 들어온 산소는 기도를 거쳐 폐포에 도착하고, 폐포의 모세혈관을 통해 혈액이 싣고 온 이산화탄소와 교체된다.

그동안 이렇게 얇고 복잡한 구조를 가진 폐포를 정확하게 모사하는 데는 한계가 있었다. 연구팀은 최초로 드롭-온-디맨드(drop on demand) 방식1)의 고정밀 잉크젯 프린팅을 이용해 폐포 세포를 고해상도로 적층해 약 10마이크로미터(μm)의 얇은 두께를 갖는 3층 폐포 장벽 모델을 재현해냈다. 이렇게 제작된 모델은 2차원 세포 배양 모델뿐 아니라 폐포 세포와 하이드로젤을 섞어서 배양한 3차원 비 구조화 모델과 비교했을 때도 높은 모사도를 보였다.

또한, 연구팀은 제작된 폐포 장벽 모델이 바이러스 감염도나 항바이러스 반응 측면에서 실제 조직 수준의 생리학적 반응을 유사하게 재현한 것임을 밝혀냈다. 이 모델을 인플루엔자 바이러스 감염 모델로 사용했을 때, 바이러스의 자가 증식과 항바이러스 반응이 나타나는 것으로 관찰됐다.

POSTECH 정성준 교수는 “바이오 프린팅을 이용해 세포를 프린팅하고, 조직을 제작하고 있지만, 약 10 μm 두께의 3층 구조를 가진 폐포의 장벽을 모사한 것은 세계 최초”라고 밝혔다.

포항=이시형기자
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