복잡한 인공장기도 척척…3D 나노섬유소 프린터 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 3차원 구조의 복잡한 인공장기도 자유롭게 구현할 수 있는 3D 프린팅 기술이 개발됐다.

28일 한국연구재단은 서울대 바이오시스템소재학부 현진호 교수 연구팀이 박테리아 셀룰로오스(박테리아 세포벽의 중요 성분을 구성하는 섬유소)를 3차원 방식으로 인쇄하는 기술을 개발했다고 밝혔다

연구팀이 개발한 기술은 박테리아를 함유한 잉크를 3차원 구조의 고체 매트릭스에 인쇄한 뒤 일정 시간 동안의 배양을 거쳐 박테리아가 구조체 표면에 셀룰로오스 하이드로젤을 생합성하도록 한 것이다.

만들고자 하는 모양을 자유롭게 설계할 수 있어 인공혈관, 신경도관 등 속이 빈 형태의 생체조직도 3D 프린팅 방식으로 제작할 수 있게 됐다.

박테리아 셀룰로오스는 순도가 매우 높고 생체적합성이 우수해, 생체재료로서 다양한 활용이 기대되고 있다. 이미 창상 드레싱제가 시장에 출시되어 있고, 뼈, 연골, 혈관 등의 재생을 위한 연구가 진행되고 있다.

하지만 박테리아 셀룰로오스는 박테리아의 대사산물로 생합성이 되는데 이때 산소를 필요로 하기 때문에 만들고자 하는 형태에 제약이 많았다. 일반적으로 배양액을 용기에 넣어 생합성을 하기 때문에 공기와 접하는 배양액 표면에서 매트 형태의 나노셀룰로오스 구조체만이 제조돼 왔다. 성형과 모양 제어가 어렵다는 점은 박테리아 셀룰로오스의 응용을 제한하는 가장 큰 요소로 작용해왔다.

연구팀은 박테리아를 함유한 잉크를 고체 매트릭스 내부에 투입해 3차원 방식으로 인쇄하는 ‘고체 매트릭스 기반 3차원 인쇄기술’(Solid-matrix assisted 3D printing, SMAP)을 개발했다. 고체 매트릭스 내부에 인쇄된 박테리아 잉크가 셀룰로오스 나노섬유를 생합성하도록 유도함으로써 형태적 제약이 많았던 박테리아 셀룰로오스의 한계를 극복했다. 기술의 핵심은 베드(bed) 위에서 이뤄지는 기존 프린팅 방식과는 달리, 고체 입자 내부에서 이뤄져 잉크의 전 방향에서 산소가 공급될 수 있도록 한 것이다. 이에 따라 인쇄된 잉크의 전 방향에서 박테리아 셀룰로오스가 생합성되기 때문에 속이 빈 도관을 제조하는 것이 쉬워졌다.

현진호 교수는 “이번 연구는 3D 프린터를 이용해 박테리아 함유 잉크를 고체 매트릭스 내부에 인쇄해 박테리아 셀룰로오스의 형태를 다양화하는 기술”이라며, “기존의 박테리아 셀룰로오스 하이드로젤이 가지는 형태학적 한계를 극복함으로써 의료 및 환경 분야에서 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(개인연구) 지원으로 수행됐으며, 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)에 10월 11일자로 게재됐다.

※ 논문명 : Solid matrix-assisted printing for three-dimensional structuring of a viscoelastic medium surface※ 저자명 : 현진호 교수(교신저자/서울대학교), 신성철(제1저자/서울대학교), 곽호정 (제2저자/서울대학교), 신동혁(제2저자/서울대학교)