의학과 김근형 교수 연구팀, 효과적 세포 자극 유도 in situ 바이오 프린터 기술 개발

▲ (왼쪽부터) 김근형 교수, 구영원, 채수정, 황보한준, Pei Mohan 박사과정생

의학과 정밀의학교실 김근형 교수 연구팀(구영원, 채수정, 황보한준, Pei Mohan)이 세포 자극을 유도하여 골격근 조직 재생을 효과적으로 촉진할 수 있는 바이오프린팅 기술을 개발했다.

세포 역학 신호 변환(cellular mechanotransduction)은 기계적 신호를 생화학적 신호로 전환하는 과정을 의미하며, 배아 발달, 조직 복구 및 재생 등 다양한 생물학적 과정에서 핵심적인 역할을 한다. 그러나 기존 3D 바이오프린터는 세포에 물리적 자극을 가해 이러한 과정을 직접적으로 유도하는 데 한계가 있었다.

이를 해결하기 위해, 성균관대 김근형 교수 연구팀은 자기장에 반응하는 생체적합성 바이오잉크를 개발했다. 바이오프린팅 시 자기장 방향을 조절해 바이오잉크 내 자기 입자의 배열을 다양하게 형성함으로써 세포의 기계적 신호 감지와 반응을 촉진하는 새로운 기술을 구현했다. 연구팀은 해당 기술을 근육 조직 재생에 적용한 후 동물 모델을 통해 그 성능을 성공적으로 검증했다.

또한, 김 교수 연구팀은 바이오프린터를 활용해 고분자 압출 과정을 제어하여 코일 형태의 나노/마이크로파이버 다발 구조체를 정밀하게 제작했다. 이러한 구조체는 지방 줄기세포의 역학적 신호 변환을 효과적으로 유도해 우수한 골 형성을 유도하는 데 성공했다.

연구팀의 이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단, 질병관리청의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 다음과 같은 세계적 학술지에 연이어 게재되었다.

○ Bioactive Materials(IF: 18, JCR 상위 0.9%): "In situ magnetic-field-assisted bioprinting process using magnetorheological bioink to obtain engineered muscle constructs" (DOI: 10.1016/j.bioactmat.2024.11.035).

○ International Journal of Extreme Manufacturing(IF: 16, JCR 상위 0.7%): "Fabrication of 3D-printed coiled PCL microfibrous bundles using alginate-based biocomposites for bone tissue engineering applications" (DOI: 10.1088/2631-7990/ad91fa).

○ Trends in Biotechnology(IF: 14.3, JCR 상위 1.4%): "Stimulus-assisted in situ bioprinting: advancing direct bench-to-bedside delivery" (DOI: 10.1016/j.tibtech.2024.11.001).