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기계·IT융합·생명·융합 장진아 교수팀, 3D 프린팅으로 만든 인공 혈관, 구멍(기공)으로 더 완벽해지다

2023-12-22 182

[POSTECH · 원광대 공동 연구팀, 내부 기공을 통한 자발적 세포 집합 유도 및 내피 형성]

인공 소구경 혈관1)(이하 SDV)에 대한 높은 임상적 수요로 인해 상용화 제품이 많이 개발된 상태다. 그러나 기존 인공 SDV는 대부분 내피가 없어 혈전2)을 유발한다는 한계가 있으며, 균일한 내피층을 가지면서 충분한 기계적 성질까지 갖춘 인공 SDV를 제작하기는 매우 어려웠다.

최근 POSTECH(포항공과대학교) 기계공학과 · IT융합공학과 · 생명과학과 · 융합대학원 장진아 교수, IT융합공학과 남효영 연구교수, 원광대 기계공학부 이승재 교수, 기계공학과 정훈진 박사 공동 연구팀은 최첨단 드래깅 3D 프린팅 기술을 이용해 기공(구멍)이 있는 SDV를 만들고, 이를 통해 내피를 형성하는 데 성공했다. 이 연구는 국제 학술지인 ‘바이오액티브 머티리얼즈(Bioactive Materials)’에 게재됐다.

연구팀은 추가 재료나 장치 없이 기공이 있는 구조체를 제작하면서 기공 크기까지 자유롭게 제어할 수 있는 드래깅 3D 프린팅 기술(Dragging technique)3)을 개발했다. 이 기술을 이용해 다공성 · 다층 구조를 갖는 인공 SDV를 제작하고, 인간 탯줄 정맥 내피 세포4)(이하 HUVECs)와 인간 대동맥 평활근세포5)(HAoSMCs)를 천연 고분자 바이오잉크(bio-ink)와 혼합해 내부에 주입했다. 그 결과, HUVECs은 기공을 통해 인공 SDV의 가장 안쪽 층으로 이동해 내피를 형성했으며, 이러한 결과는 기공 크기에 따라 달라졌다.

연구팀은 인공 SDV 내피 표면의 최대 97.68 ± 0.4%까지 덮는 데 성공했다. 또, 해당 내피가 혈소판 유착을 방지하는 것까지 확인했다. 추가 공정 없이 기공만으로 스스로 내피를 형성할 수 있는 인공 SDV를 개발한 것이다.

장진아 교수는 “첨단 드래깅 3D 프린팅 기술과 HUVECs이 가진 특성을 이용해 자발적인 세포 조립을 유도하는 SDV(Spontaneous cellular assembly SDV, S-SDV)를 제작한 연구는 이번이 처음”이라며, “안정성과 기계적 특성이 보장되어 이식에도 적합할 뿐 아니라 향후 가지(branch)나 곡선(curve) 등 복잡한 모양의 혈관 구조체에서도 내피를 형성하는 데 유용할 것”이라는 말을 전했다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 보건복지부의 범부처 재생의료기술개발사업, 산업통상자원부 및 산업기술평가관리원(KEIT), 한국보건산업진흥원의 보건의료기술 연구개발사업 지원으로 진행됐다.

S-SDV 제작 과정과 기공을 통한 HUVECs 의 이동 결과
(초록색) : HUVECs(인간 탯줄 정맥 내피 세포)
(빨간색) : HAoSMCs(인간 대동맥 평활근세포)

 


1. 소구경 혈관(Small Diameter Vascular)
인공 혈관 중 지름의 길이가 5mm 이하인 경우를 소구경 혈관이라고 한다.

2. 혈전
혈관 내에서 혈액 성분이 국소적으로 응고해서 생기는 덩어리를 말한다.

3. 드래깅 기술(Dragging technique)
별도의 회전축이 필요하지 않아 나선형과 지그재그형, 별 모양, Y자형 등 자유롭게 모양을 형성하는 3D 프린팅 기술이다.

4. 인간 탯줄 정맥 내피 세포(HUVECs)
Human umbilical vein endothelial cells

5. 인간 대동맥 평활근세포(HAoSMCs)
Human Aortic Smooth Muscle Cells