[메디칼업저버 박선혜 기자] 국내 연구팀이 이식되는 세포에 전혀 손상을 주지 않는 새로운 3D 바이오 프린팅 소재 및 시스템을 개발했다.

가톨릭의대 의생명과학교실 전흥재 교수는 세포조직공학연구소 양대혁 교수와 함께 자외선이 아닌 가시광선 영역에서 프린팅이 가능한 소재로 유기합성 기법을 활용한 수용성 키토산 바이오 잉크를 개발했다. 이를 통해 포괄적 조직공학 및 재생의료용 플랫폼으로서 적용 가능성을 제시했다. 

3D 프린팅은 이식될 세포와 지지체를 병변 형태와 크기에 맞게 설계 및 제조할 수 있는, 소위 환자 맞춤형이라는 점에서 최근 줄기세포-재생의학분야에서 각광받고 있다.

프린팅 원료인 바이오 잉크로 사용되는 소재는 다양하지만, 그 중 하이드로젤은 생체조직과 가장 유사한 구조를 지녔기 때문에 관심을 받는다. 

그러나 수용성인 졸을 경화시켜 3차원 구조인 젤화를 하는 과정에 자외선이 사용되고, 자외선 특성상 잉크와 함께 프린팅되는 줄기세포에 큰 손상을 줄 수밖에 없다는 문제가 있었다.

전흥재 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 자외선이 아닌 가시광선 영역에서 경화 가능한 소재를 개발하고자 했다. 

천연물 중 생체재료로서 잠재력을 지닌 반면 난용성이라 사용에 제한을 받고 있는 키토산에 유기합성 기법을 도입해 수용성 3D 프린트용 잉크를 개발했다. 이를 통해 자외선이 아닌 가시광선 영역에서 프린팅 가능하게 함으로써 이식된 세포에 전혀 손상을 주지 않는 3D 바이오프린팅 시스템을 만들었다.

연구팀이 선택한 키토산은 생체재료로서 가장 광범위한 응용 분야를 지닌 천연물이지만, 낮은 수용성으로 인해 바이오 잉크로는 활용되지 못했다. 

하지만 키토산에 글리콜기가 도입돼 생성된 수용성 고분자 글리콜 키토산(GC)에 메타크릴화를 거치면 '메타크릴레이트 글리콜 키토산(MeGC)'이 만들어진다. 연구팀은 MeGC가 자외선뿐 아니라 가시광선에서도 경화 가능하기 때문에 충분히 활용 가능성이 높다고 판단했다.

이러한 가설을 검증하기 위해 MeGC의 인쇄가능성(적층력), 단백질 흡착성, 세포생존성, 세포증식 등 다양한 요소를 분석한 결과, 구조적으로 안정적이고 독성이 적어 바이오 잉크로서 가능성을 확인할 수 있었다. 

특히 전구체 용액의 3%를 70초 동안 광경화해 형성된 MeGC-70는 다른 조건의 바이오 잉크보다 골 분화현상이 눈에 띄게 향상됨을 확인했다. 

전흥재 교수는 "산업통상자원부 지원(전략적 핵심소재 기술개발사업)을 받아 진행된 연구에서 뛰어난 성과를 낼 수 있어 기쁘다"며 "상용화됐을 때 임상에서 활용성이 큰 기술인만큼 체계적이고 지속적인 후속 연구를 추진 중"이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 유기화학 분야 국제 학술지 Carbohydrate Polymers 7월 1일자에 실렸다.