– 3D 프린팅된 소구경 혈관의 기공을 통한 자발적 세포 집합 및 혈관 내피층 형성 –

원광대학교 기계공학부 이승재(사진 왼쪽에서 첫 번째) 교수 연구팀과 포스텍 장진아(사진 왼쪽에서 두 번째) 교수 연구팀이 공동 연구를 통해 새로운 프린팅 기법(Dragging tech.)을 이용하여 자발적 세포 집합 및 혈관 내피층을 형성하는 인공 소구경 혈관 개발에 성공했다.

이 연구는 원광대 기계공학과 소속 정훈진(사진 왼쪽에서 세 번째, 현 Columbia University) 박사, 포스텍 창의IT융합공학과 소속 남효영(사진 왼쪽에서 네 번째) 박사가 공동 1저자로 연구를 수행하고, 원광대 김재석(사진 왼쪽에서 다섯 번째) 박사과정 연구원이 2저자로 연구에 참여했다.

연구팀은 원천기술 및 특허를 확보하고 있는 새로운 프린팅 기술인 ‘드래깅 프린팅 기술 (Dragging Tech.)’을 이용하여 FDA 임상 사용이 허가된 생분해성 고분자(폴리카프로락톤(PCL))로 기공이 있는 혈관 구조체를 제작하면서 기공 크기까지 자유롭게 제어할 수 있는 진보된 Dragging Tech.를 연구를 통해 개발했다.

특히 추가적인 재료, 장치 및 후가공 없이 기공이 형성된 구조체와 세포가 포함된 바이오 잉크를 프린팅하여 관형 구조체를 제작할 수 있는 기술을 이용하여 다공성, 다층 구조를 가지는 관형 인공 소구경 혈관 구조체를 프린팅하고, 내부에 인간 탯줄 정맥 내피세포(HUVECs)와 인간 대동맥 평활근세포(HAoSMCs)가 탑재된 천연 고분자 바이오잉크를 프린팅해 ‘인공 소구경 혈관(Small-Diameter Vasculature, SDV)’을 제작했다.

그 결과 HUVECs이 특정 환경에서 가장 안쪽 층으로 세포 이동이 유도될 수 있음을 발견했으며, 이를 통해 혈관 내피층을 형성하는 것을 실험으로 입증하고, 해당 연구 논문 ‘기공 크기 제어가 가능한 자가 세포조립 유도 조직공학 혈관 제작 기술’은 재료공학 및 생체재료 분야 국제 학술지인 ‘Bioactive Materials’ 저널(IF: 18.9)에 게재했다

연구를 이끈 이승재 교수는 “기존에 상용화된 대부분의 인공 SDV의 경우 내피층이 없어 혈전 형성을 유발할 수 있고, 내피 형성은 특히 소구경 혈관 (SDV) 개발에 있어 매우 중요한 요소”라며 “첨단 드래깅 3D 프린팅 기술과 HUVECs이 가진 본연의 특성을 이용하여 자발적인 세포 조립을 유도하는 소구경 혈관을 제작한 이번 연구는 안정적이고 이식 가능한 수준의 기계적 특성이 보장돼 임상에 활용될 수 있을 뿐만 아니라 구조체 내 기공을 통한 HUVECs의 자발적인 움직임을 통한 혈관 내피층 형성을 유도하기 때문에 복잡한 곡선, 가지 (Branch) 형태 등에도 유용하다”고 밝혔다.

또한, “향후에는 식도, 신경, 요도, 안구 방수 유출장치 등 다양한 관형 구조체 개발 연구에 응용하여 연구할 계획”이라고 전했다.

한편, 이승재 교수가 속한 교책연구소인 메카바이오연구소는 조영삼(기계공학부), 이승재(기계공학부), 서경덕(기계공학부), 곽소정(화학융합공학과), 박현하(기계공학부), 김형우(기계공학부) 교수 등 6명의 교수가 공동 운영하는 연구그룹으로 공동 연구 지도를 통해 대학원생과 학부 연구생들이 다양한 학술 활동에서 우수한 성적을 거둬 연구 능력을 입증하고 있으며, 이번 연구에는 이승재, 조영삼, 박현하 교수가 함께 참여했다.