FRESH 바이오프린팅으로 혈관이 있는 조직을 한 단계 더 발전시키다

콜라겐은 피부의 중요한 구성 요소로 잘 알려져 있지만, 신체에서 가장 풍부한 단백질로서 거의 모든 조직과 장기에 구조와 지지력을 제공하기 때문에 그 영향력은 훨씬 더 큽니다. 카네기 멜론 대학교 파인버그 연구실은 부드러운 살아있는 세포와 조직을 프린팅할 수 있는 혁신적인 FRESH(Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels) 3D 바이오 프린팅 기술을 활용하여, 콜라겐만으로 구성된 최초의 미세생리학적 시스템 또는 조직 모델을 구축했습니다. 이러한 발전은 연구자들이 제1형 당뇨병과 같은 질병을 연구하고 치료를 위한 조직을 구축하는 방식을 확장합니다.

전통적으로, 미세유체공학, 장기칩, 또는 미세생리학 시스템으로 알려진 인체 생리학을 모방한 미세 인체 조직 모형은 실리콘 고무나 플라스틱과 같은 합성 소재를 사용하여 제작되어 왔습니다. 연구자들이 이러한 장치를 제작할 수 있는 유일한 방법이기 때문입니다. 이러한 소재는 체내에서 자연적으로 생성되는 것이 아니기 때문에 정상적인 생물학적 기능을 완벽하게 재현할 수 없어 활용 및 응용에 제한이 있습니다.

카네기 멜론 대학교 생체의공학 및 재료과학공학과 교수인 아담 파인버그는 "이제 우리는 페트리 접시에서 콜라겐, 세포, 그리고 기타 단백질만으로 전례 없는 구조적 해상도와 정확도를 갖춘 미세유체 시스템을 구축할 수 있습니다."라고 설명했습니다. "가장 중요한 것은 이 모델이 완전히 생물학적이라는 점입니다. 즉, 세포가 더 잘 기능한다는 것을 의미합니다."

Science Advances 에 게재된 새로운 연구에서 연구팀은 FRESH 바이오프린팅 기술을 활용하여 완전히 생물학적인 재료로 더욱 복잡한 혈관 조직을 구축하고, 향후 제1형 당뇨병 치료에 사용될 수 있는 췌장 유사 조직을 개발하는 데 성공했습니다. FRESH 바이오프린팅의 이러한 발전은 Science에 게재된 기존 연구를 기반으로, 해상도와 품질을 향상시켜 직경 약 100마이크론의 혈관과 유사한 유체 채널을 생성한다는 점에서 더욱 의미가 있습니다.

피츠버그 대학교 생체공학 조교수이자 파인버그 연구실의 박사후 연구원이었던 다니엘 시와르스키는 "이 연구를 가능하게 한 것은 FRESH 프린팅 기술에 몇 가지 핵심적인 기술 발전이었습니다."라고 설명했습니다. "단일 단계 바이오 프린팅 제작 공정을 구현함으로써, 현재까지 알려진 다른 어떤 바이오 프린팅 방식보다도 해상도와 인쇄 정밀도를 뛰어넘는 다양한 디자인의 콜라겐 기반 관류형 CHIPS를 제작했습니다.

더 나아가, ECM 단백질, 성장 인자, 세포 함유 바이오잉크의 다중 소재 3D 바이오 프린팅과 이를 맞춤형 바이오리액터 플랫폼에 통합함으로써, 현재의 오가노이드 기반 방식을 능가하는 포도당 자극 인슐린 분비를 생성할 수 있는 센티미터 크기의 췌장 유사 조직 구조물을 제작할 수 있었습니다."

이 기술은 현재 카네기 멜론 대학교의 분사 기업인 플루이드폼 바이오(FluidForm Bio)에서 상용화되고 있습니다. 플루이드폼 바이오의 공동 저자이자 조직 치료학(Tissue Therapeutics) 책임자인 앤드류 허드슨 박사와 그의 팀은 동물 모델을 통해 제1형 당뇨병을 체내에서 치료할 수 있음을 이미 입증했습니다. 플루이드폼 바이오는 향후 몇 년 안에 인간 환자를 대상으로 임상시험을 시작할 계획입니다.

파인버그는 "이러한 기술을 개발하는 데 있어 팀 기반 과학의 중요성과 생물학에서 재료 과학에 이르기까지 다양한 전문 지식이 프로젝트와 사회에 미치는 영향에 미치는 가치를 모두가 이해하는 것이 가장 중요합니다."라고 설명했습니다.

"앞으로 나아가면서 중요한 것은 '만들 수 있을까?'가 아니라 '무엇을 만들 것인가?'입니다. 현재 저희가 하고 있는 작업은 이러한 첨단 제조 기술을 컴퓨터 모델링 및 머신 러닝과 결합하여 무엇을 인쇄해야 할지 더 잘 이해하는 것입니다. 궁극적으로는 조직이 관심 있는 질병을 더 잘 모방하거나 적절한 기능을 갖기를 바랍니다. 그러면 치료제로 체내에 이식했을 때 우리가 원하는 기능을 정확히 수행할 수 있을 것입니다."

파인버그와 그의 협력자들은 연구 커뮤니티 내에서 널리 채택될 수 있는 오픈 소스 설계 및 기타 기술을 공개하는 데 전념하고 있습니다. 파인버그는 "전 세계 다른 연구실에서도 이 기술을 매우 빠르게 채택하여 다른 질병 및 조직 분야로 확장하기를 기대합니다."라고 덧붙였습니다. "우리는 이것을 더욱 복잡하고 혈관이 발달된 조직 시스템을 구축하기 위한 기반 플랫폼으로 보고 있습니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250423163914.htm