의학과 김근형 교수 연구팀, 근육 재생시키는 휴대용 ‘바이오-건’ 개발

- 빠르고 간편한 근육 재생용 다공성 세포구조체 제작

- 실험으로 근육 조직 및 근 기능 회복 효능 검증

과도한 근육 손실(volumetric muscle loss, VML)은 교통사고나 전시 상황과 같은 위험하고 긴급한 상황에서 외부 충격으로 인해 골격근의 20%에 해당하는 큰 부피의 손실이 발생한 경우를 말한다. VML은 인간의 일반적인 재생능력으로는 완전한 재생이 불가능하며 근육 기능 상실과 같은 후유증이 존재한다. 의학계에서는 이를 해결하기 위해 조직공학적 방법으로 VML을 치료하려는 연구가 계속되고 있다.

VML을 치료하기 위한 대표적인 조직공학적 방법으로는 세포가 포함된 바이오 프린팅 공정이 있다. 그러나, 이 방식은 복잡한 프린팅 공정 때문에 많은 시간이 필요하고, 또한, 복잡한 공정조건을 정립해야 하므로 쉽게 사용할 수 없으며 위급한 현장 상황에 즉각적으로 적용할 수 없다는 문제점이 존재한다.

이러한 문제점들을 해결하기 위해 의학과 김근형 교수 연구팀(주저자 조서율, 이지운)은 휴대가 가능하며, 빠르고 효과적인 방식으로 근육세포재생이 가능한 휴대용 바이오-건(Bio-Gun) 제작 시스템을 개발하였다.

연구팀은 Gel-Ma 바이오잉크를 다공성 바이오-폼(Bio-form) 제작이 가능한 바이오-건을 사용하여 세포구조체를 제작하였다. 바이오-건은 휴대가 가능한 크기로 제작되어 사용자가 손쉽게 해당 시스템을 이동시킬 수 있으며, 건의 손잡이를 누르는 것만으로 세포가 포함된 바이오-폼 제작이 가능하므로 누구나 사용할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 연구팀은 제작된 바이오-폼이 뛰어난 세포 성장 및 근-분화능을 보이는 것을 확인했다.

제작된 바이오-폼은 동물 근육 손상 모델에 적용되어, 근육 조직 재생 및 근 기능 회복 효능을 검증하는 데 사용되었다. 바이오-폼 구조는 기존의 바이오프린팅 방식을 통해 제작된 세포구조체에 비교해 뛰어난 근육 조직 재생을 보였으며, 운동성 측정을 통해 근육 기능 회복에 관해서도 더 뛰어난 결과를 보이는 것으로 확인되었다.

김근형 교수는 “휴대용 바이오-건을 활용하여 제작된 바이오-폼이 근육의 재생에 효과적임을 보였으며 바이오-폼의 다공성 구조를 변형시키거나 바이오 세라믹 등의 소재를 추가하여 다양한 복합 조직의 재생에도 활용할 수 있을 것으로 기대한다”라고 밝혔다.

연구팀의 이번 연구결과는 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원 바이오산업핵심기술개발사업과 성균관대학교 및 교육부, 한국연구재단의 4단계 두뇌한국21 사업의 지원으로 수행되었으며, 조직재생 공학 국제 학술지인 npj Regenerative Medicine(IF: 14.4)에 지난 6월 10일 게재되었다.

※ 논문명: The one-step fabrication of porous hASC-laden GelMa constructs using a handheld printing system(2023. 6. 10).