전기방사·3D프린팅 융합한 신기술
실제 식도 유사한 구조·기능 재현
국제학술지 Materials Today Bio게재

국립부경대학교와 서울대학교병원 공동 연구진이 실제 식도와 유사한 구조와 기능을 구현한 ‘차세대 인공식도’를 개발했습니다.

부경대 의공학전공 남승윤 교수팀은 서울대병원 정은재 교수팀과 함께 식도 결손 환자를 위한 융합 바이오 제조 기술(생체조직을 만드는 복합 기술)을 완성했다고 10일 밝혔습니다.

이번 기술은 기존 이식 수술의 한계를 극복할 새로운 대안으로 주목받고 있습니다.

현재 식도 손상 시 위나 대장 일부를 이용해 식도를 재건하지만, 염증이나 연동운동 저하(음식물을 밀어내는 근육의 움직임이 약해지는 현상) 같은 부작용이 자주 나타났습니다.

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 탄성과 내구성이 뛰어난 나노섬유(머리카락보다 수백 배 얇은 인공 실)를 이용한 인공식도 지지체(조직이 자랄 수 있도록 받쳐주는 구조물)를 제작했습니다.

이들은 전기방사 기술(전기를 이용해 가는 섬유를 뽑아내는 기술)로 나노섬유를 만든 뒤, 그 내부에 천연 단백질 ‘실크피브로인’(누에고치에서 얻은 단백질)을 광경화(빛을 이용해 단단하게 굳히는 과정) 방식으로 패턴화해 구조적 강도와 친수성(물과 잘 섞이는 성질)을 높였습니다.

이후 탈세포화 세포외기질(ECM, 세포가 제거된 조직의 틀)을 정밀 압출 3D프린팅(바이오프린팅, 생체 조직을 한 층씩 쌓는 기술)으로 쌓아 올려 실제 식도와 유사한 미세한 구조를 구현했습니다.

이렇게 만들어진 인공식도는 인장강도(잡아당겨도 버티는 힘)와 탄성률(늘어난 뒤 원래대로 돌아오는 능력)이 크게 향상됐습니다.

또 줄기세포(몸속 다양한 세포로 바뀔 수 있는 세포)의 부착과 증식, 평활근(내장 근육)과 상피세포(조직의 표면을 덮는 세포)의 재생 능력도 높게 나타났습니다.

쥐의 식도 결손 모델 실험에서도 조직이 잘 융합되고 염증 반응이 줄었으며, 혈관과 신경이 다시 자라 연동운동이 회복되는 등 실제 인체 적용 가능성을 확인했습니다.

이번 연구는 전기방사·임베디드 DLP(빛으로 굳히는 프린팅 기술)·압출 바이오프린팅을 하나의 공정으로 결합해, 생체조직의 복잡한 구조와 강도를 동시에 구현한 첫 사례로 평가받습니다.

남승윤 교수는 “이번 연구는 인공식도의 복잡한 구조와 생체 기능을 동시에 구현한 최초의 융합 제조 기술”이라며 “강도, 친수성, 조직 재생을 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 바이오제조 전략을 제시했다”고 전했습니다.

연구 결과는 생체재료 분야 국제학술지 〈Materials Today Bio〉(IF 10.2) 온라인판에 게재됐으며, 한국보건산업진흥원의 보건의료기술 R&D 사업(HI22C1323) 지원으로 수행됐습니다.

서울대·울산대·가톨릭대·인제대·ATEMs 연구진도 공동 참여했습니다.