맞춤형 지방 조직 조립 기술로 조직 재생의 새로운 가능성 제시
부산대학교(총장 최재원) 의생명융합공학부 김병수 교수 연구팀이 3D 바이오프린팅을 활용해 인공 지방 조직을 개발하고, 이를 피부 조직과 결합하여 피부 재생 효과를 입증했다. 연구팀은 지방 조직이 단순한 에너지 저장소를 넘어 내분비 기능을 수행하며 조직 재생에 중요한 역할을 한다는 점에 주목했다.
3D 바이오프린팅으로 내분비 활성 지방 조직 제작
연구팀은 내분비 기능을 유지하면서도 다양한 조직과 결합할 수 있는 지방 조직 조립 기술을 개발했다. 이번 연구에서는 지방 조직을 레고 블록처럼 조립할 수 있도록 모듈화하여 피부 진피층과 결합시키는 방식을 도입했다. 이를 위해 내장형 3D 바이오프린팅(embedded 3D bioprinting) 기법을 활용해 지방 조직 단위를 안정적으로 형성할 수 있는 최적의 바이오잉크 조성을 개발했다. 기존 바이오잉크의 한계를 극복하기 위해 연구팀은 알지네이트(alginate)를 포함한 하이브리드 바이오잉크를 사용해 세포 밀도를 유지하고 내분비 기능을 극대화했다. 실험 결과, 0.5% 알지네이트를 포함한 환경에서 지방 세포의 밀집도가 가장 높고, 지방 세포의 성숙을 촉진하는 유전자의 발현이 증가하는 것이 확인됐다.
피부 재생 촉진 및 조직 공학 응용 가능성
연구팀은 맞춤형 상처 치유 플랫폼을 제작하여 지방 조직이 포함된 환경에서 피부 세포(섬유아세포 및 각질형성세포)의 이동 속도가 증가하는 것을 확인했다. 16시간 내 80% 이상의 상처 폐쇄율을 기록했으며, 특히 지방 단위 간 간격이 1,000㎛일 때 가장 높은 세포 이동성을 보였다. 누드 마우스 모델을 이용한 실험에서는 지방 단위가 포함된 모듈을 피부 손상 부위에 이식한 결과, 혈관 형성이 증가하고 표피 재생이 촉진되는 것이 입증됐다. 레이저 도플러 혈류 이미징(LDPI) 분석을 통해 혈류 공급이 원활하게 이루어졌으며, 면역조직화학 분석에서는 혈관 생성 마커(CD31) 및 표피 형성 마커(K10, involucrin)의 발현이 증가함을 확인했다.
조직 공학 및 재생의학 분야 새로운 도전
김병수 교수는 “이번 연구는 지방 조직의 내분비 기능을 활용해 피부 재생을 촉진할 수 있는 혁신적인 3D 바이오프린팅 기술을 개발했다는 점에서 의미가 크다”며 “이 기술은 조직 공학 및 재생의학 분야에서 지방 조직뿐만 아니라 다기능성 인공 조직 제작을 위한 새로운 가능성을 제시할 것”이라고 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구사업과 산업통상자원부 알키미스트 프로젝트의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 Advanced Functional Materials 2월 2일자에 게재됐다.
