포스텍 연구진 장기 '폐' 모델 세계 첫 3D 프린팅 제작

정성준 유주연 교수 강다윤 씨 연구팀…대량 생산 기능 기존 테스트 모델 대체
국제 학술지 어드밴스도 사이언스 게재

왼쪽부터 포스텍 정성준 교수, 포스텍 유주연 교수, 포스텍 강다윤 씨

복잡한 구조와 얇은 두께 때문에 인공적으로 만들기 어려운 장기인 폐를 최근 국내 연구진이 세계 최초로 3D프린팅으로 구현해 화제를 모으고 있다.

포스텍(포항공대) 신소재공학과 정성준, 생명과학과 유주연 교수, 통합과정 강다윤 씨 연구팀은 잉크젯 바이오 프린팅을 이용해 다종의 인간 폐포 세포주를 포함하고 있는 3차원 폐 모델을 제작하는데 성공했다.

특히 잉크젯 바이오 프린팅은 환자 맞춤형 조직 제작과 표준화뿐만 아니라 대량 생산도 가능하다는 점에서 기존의 테스트 모델을 대체할 수 있는 기술로 각광받고 있다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 어드밴스드 사이언스에 최근 게재됐다.

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

폐포는 얇은 상피 세포층으로 이뤄져 있고, 모세혈관에 둘러싸인 속이 빈 포도송이 모양을 하고 있다. 산소와 이산화탄소가 이동하는 폐포막은 '상피층–기저막–내피 모세혈관층'으로 된 3층 구조로 두께가 매우 얇다.

연구팀은 드롭-온-디맨드(초미세 잉크방울을 세포 등 원하는 위치에 도포) 방식의 고정밀 잉크젯 프린팅을 이용해 폐포 세포를 고해상도로 적층해 약 10마이크로미터(μm)의 얇은 두께를 갖는 3층 폐포 장벽 모델을 만들어냈다.

연구팀은 이렇게 제작된 폐포 장벽 모델이 바이러스 감염도나 항바이러스 반응 측면에서 실제 조직 수준의 생리학적 반응을 보이고 있다는 사실을 확인했다.

포스텍 정성준 교수는 "세계 최초로 바이오 프린팅을 이용해 약 10마이크로미터 두께의 3층 구조를 가진 폐포의 장벽을 모사한 것은 물론이고, 인공 폐포를 바이러스에 감염시켜 생리학적 항바이러스 반응을 성공적으로 관찰해냈다"며 "이번에 제작된 인공 조직은 환자 맞춤형 질병 모델 제작과 대량생산, 품질 관리 등이 가능해 코로나 감염증을 비롯한 전염성 호흡기 바이러스 대응에 효과적으로 활용 가능하다"고 했다.