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포스텍, 숨 쉬는 ‘인공 폐’ 모델을 3D 프린팅으로 개발

호흡기 감염병 치료 및 백신 평가의 플랫폼 활용 기대

포스텍 본관.


포스텍 연구팀이 세계 최초로 3D 프린팅으로 숨 쉬는 ‘인공 폐’ 모델을 개발하는 데 성공했다.

23일 포스텍에 따르면 신소재공학과 정성준·생명과학과 유주연 교수와 통합 과정 강다윤씨로 구성된 연구팀이 최근 잉크젯 바이오 프린팅을 이용해 다종의 인간 폐포 세포주를 포함하는 3차원 폐 모델을 제작했다.

사람의 몸 속에 들어온 산소는 기도를 거쳐 폐포에 도착하고, 폐포의 모세혈관을 통해 혈액이 싣고 온 이산화탄소와 교체된다.

산소와 이산화탄소가 이동하는 폐포막은 ‘상피층·기저막·내피 모세혈관층’으로 된 3층 구조이며 기체의 이동이 쉽도록 매우 얇은 두께로 돼 있다.

그동안 이처럼 얇고 복잡한 구조를 가진 폐포를 정확하게 모사하는 데 한계가 있었다.

하지만 연구팀이 세계 최초로 ‘드롭 온 디맨드(drop on demand)’ 방식의 고정밀 잉크젯 프린팅을 이용해 폐포 세포를 고해상도로 적층, 약 10마이크로미터(μm)의 얇은 두께인 3층 폐포 장벽 모델을 재현한 것이다.

이렇게 제작된 모델은 2차원 세포 배양 모델뿐 아니라 폐포 세포와 하이드로젤을 섞어서 배양한 3차원 비 구조화 모델과 비교했을 때도 높은 모사도를 보였다.

또 연구팀은 제작된 폐포 장벽 모델이 바이러스 감염도나 항바이러스 반응 측면에서 실제 조직 수준의 생리학적 반응을 유사하게 재현한 것임을 밝혀냈다.

이 모델을 인플루엔자 바이러스 감염 모델로 사용했을 때, 바이러스의 자가 증식과 항바이러스 반응이 나타나는 것으로 관찰됐다.

정 교수는 “환자 맞춤형 질병 모델 제작뿐 아니라 대량생산과 품질 관리가 가능해 코로나19 바이러스 감염증을 비롯한 전염성 호흡기 바이러스에 대응할 수 있는 치료 약물 및 백신 유효성 평가용의 초기 플랫폼으로 활용할 수 있다”고 설명했다.

이번 연구는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 최신호에 게재됐다.

김웅희 기자 woong@idaegu.com
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