몸 밖에서 죽상동맥경화증 관찰 가능한 인공동맥혈관 모델 개발

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국내 연구팀이 생체 밖에서 죽상동맥경화증을 관찰할 수 있는 인공동맥혈관 모델을 만들었다. 효과적인 약물 및 치료법을 모색하는 플랫폼이 될 것으로 기대된다.

포스텍(총장 김무환)은 조동우 기계공학과 교수, 장진아 창의IT융합공학과 교수, 가오그 박사, 통합과정 박원빈 씨, 김병수 박사 연구팀이 인-배스 동축 세포 프린팅 기술을 이용해 여러 세포층으로 구성된 기능성 동맥혈관을 다양한 형태로 제작하는 데 성공했다고 18일 밝혔다.

조동우 포스텍 교수
<조동우 포스텍 교수>

죽상동맥경화증은 대표적인 심혈관 질환이다. 주로 혈관이 좁아지거나 구부러진 동맥 영역에서의 이상지질혈증으로 인한 염증반응에 의해 발생한다. 죽상동맥경화증을 관찰하기 위해 다양한 체외 모델이 연구됐지만 여러 층의 세포가 공존하거나 작은 부위에서 난류를 생성하는 등 죽상동맥경화증의 실제 미세환경을 체외에서 재구성하는 것은 어려운 일이다.

인공동맥혈관 모델 프린팅
<인공동맥혈관 모델 프린팅>

지금까지 바이오프린팅 기법은 압출식 프린터 노즐 끝에서 나오는 재료를 공기 중에 놓인 편평한 바닥에 차곡차곡 쌓이면서 3D 구조체를 구성했다. 연구팀은 한 단계 더 나아가 노즐 끝에서 나오는 재료가 바이오잉크 배스 안에 프린팅되게 만들어 기존 기법보다 구조적으로 더욱 안정된 3중층의 혈관을 만들 수 있는 인-배스 동축 세포 프린팅 기술을 개발했다.

연구팀은 인-배스 동축 세포 프린팅 기술을 이용해 혈관내피층, 근육층, 섬유아세포층을 포함한 3층의 세포층으로 구성된 기능성 동맥 혈관을 다양한 기하학적 형태로 제작했다. 또 혈관의 구조적 특이성에 따른 혈류의 역학적 변화를 확인하고, 협착형 및 곡형 혈관에서 형성된 혈액 난류가 내피세포 기능장애를 유발함을 증명했다.

연구팀은 인공동맥혈관에 혈관질환 치료 약물인 아토르바스타틴을 처리해 내피세포의 활성화, 백혈구의 화학 주성과 식세포 작용, 콜레스테롤 변이 등에 관련된 유전자 발현을 확인해 약물 실험 플랫폼으로서 효용성도 입증했다.

조동우 교수는 “인-배스 동축 세포 프린팅 기술을 통해 구축된 생체 외 죽상동맥경화증 모델은 혈관의 구조적 특이성에 따른 혈류의 역학적 변화 및 화학적, 물리적 자극에 의한 혈관 활성화 양상을 확인할 수 있다”며 “죽상동맥경화증 병태생리를 규명하고, 효과적인 약물 및 치료법을 모색하는 유망한 플랫폼이 될 것”이라고 말했다.

한국연구재단 창의적 연구사업, 산업통상자원부 기술혁신사업, 한국연구재단 원천기술개발사업 지원으로 수행된 이번 연구성과는 최근 국제학술지 '어드밴스트 펑셔널 머터리얼즈'에 게재됐다.

대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com