카이스트 3D 인공근육 조직 최적화 제작법 개발... 근골격계 조직공학 분야 기여

[녹색경제신문 = 이지웅 기자] 카이스트 기계공학과 바이오미세유체 연구실 전성윤 교수 연구팀이 심기동 기계공학과 교수팀과 함께 체외 삼차원 환경에서 골격근 조직을 제작하는 바이오 미세유체시스템을 개발했다.

바이오 미세유체스시템은 포토리소그래피(Photolithography)  공정 등을 기반으로 제작되는 마이크로 스케일 시스템이다. 이는 세포 및 생체조직 배양, 유동 생성 및 제어 등에 활용된다. 

골격근은 인체의 형태를 형성 및 유지, 신진대사와 움직임 제어 등 다양한 생리학적 역할을 수행한다. 또한 근육량을 보존하는 것은 항암 화학 요법의 부작용을 완화하는 데 중요한 역할을 하기도 한다. 이에 관련 연구에 대한 필요성이 높아지고 있으나, 지금까지의 연구는 정량적 표준과 균일성이 부족했다. 

이러한 상황에서 연구팀은 자체 개발한 미세유체시스템을 사용해 골격근 조직 배양에 있어 큰 비중을 차지하는 하이드로겔의 구성 성분, 겔화 시간, 세포의 농도를 조절함으로써 다양한 조건에서 삼차원 근육 밴드를 제작했다.

또한 제작된 골격근 조직에 대해 근육의 수축력 및 반응 속도 측정과 함께 조직 형태, 기계적 특성, 골격근 성장 및 분화와 관련된 유전자 발현 비교 등 다양한 분석을 진행했다. 이를 통해 최적의 근육 조직 제작법을 확립했다. 

조직공학 및 배양 시스템 설계의 중요성을 강조한 이번 연구에서는, 하이드로젤 특성이 3D 근골격계 조직 발달에 미치는 영향을 조사했다. 주요 연구 결과에 따르면 하이드로젤의 기계적 특성은 세포 분화와 조직 기능을 높인다.

 전 교수는 “이번 연구는 인공 골격근 조직 배양에 있어 세포가 함유된 하이드로젤 제조에 대한 조건의 영향을 탐구함으로써 기존의 균일하지 못한 배양 방식에 가이드라인을 제시하고 치료 응용 및 질병 모델링을 위한 조직 공학 최적화를 위한 필수 인사이트를 제공한다”며 “향후 골격근뿐 아니라 심장이나 골수와 같은 인공 생체 조직 제작에 도움을 줄 뿐만 아니라 노화나 우주 미세중력등에 의한 근감소증을 비롯한 여러 근골격계 질병 연구에 활용 될 것을 기대한다”고 전했다.