성균관대 김근형 교수 연구팀, 혈관/간소엽구조 모사한 간 생체-칩 개발
- 간 및 근조직 재생용 하이브리드 바이오프린팅 플랫폼 개발

□ 간 조직은 체내 필요한 단백질 합성과 해독 작용에 관련된 중요한 역할을 한다. 이러한 간 조직은 간소엽*이라고 하는 독특한 구조적/기능적 단위로 구성된다. 따라서 손상된 간 조직의 재생이나 체외 평가를 위한 간 모델을 제작하기 위해서는 이러한 간소엽 구조에 대한 이해와 모사할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 
* 간소엽은 상피세포인 간세포가 서로 연결된 간세포판(hepatocyte plate)이 육각형 구조로 이루어져 있으며, 각 꼭짓점과 중앙에 혈관과 담관 등이 분포함

□ 또한, 간세포는 연결된 구조로 이루어져 있어 체외 배양 시 응집된 형태에서 그 성숙과 기능 발현이 유리하다. 이 때문에 연구자들은 스페로이드 형태의 간-칩 모델을 활용하곤 한다. 하지만 단순한 스페로이드 형태의 모델은 복잡한 간소엽의 생리학적 특성을 효과적으로 제공하기 힘들다. 

□ 이러한 문제점들을 해결하기 위해 성균관대학교(총장 유지범) 의학과 김근형 교수 연구팀(제1저자 김원진 박사)은 신개념 바이오프린팅 플랫폼을 통해 미세 간세포-스페로이드와 혈관이 포함된 간소엽을 모사하여 체외 간 모델을 제작하였다. 특히, 제작된 간소엽 구조는 간세포판과 중심 혈관이 포함되었으며, 관류 시스템을 중심 혈관에 적용하여 간-칩 플랫폼을 형성하였다. 이러한 3차원 간-칩 모델은 간세포의 기능성 향상과 혈관세포의 신속한 혈관조직 형성을 가능하게 하였으며, 또한 동일한 기술을 통해 체외 간암-생체칩 모델을 개발하였다.

□ 한편 김근형 교수 연구팀은 신개념의 복합-바이오프린팅기술을 개발하여 인간유래 지방줄기 세포의 세포배열성이 극대화된 인공 근육 및 근육-칩용 근육조직 제작에 성공하였다(제1저자 김주연 대학원생). 이 기술로 제작된 인공 근육은 volumetric muscle loss 동물모델을 통하여 기존 바이오프린팅된 인공 근육 조직에 비해서 월등한 근육조직 재생능력을 입증하였다. 

□ 김근형 교수는 “본 연구 결과들은 새로운 개념의 바이오프린팅 플랫폼 기술이며, 다양한 장기-칩 모델의 제작에 적용될 수 있을 것”이라며 “특히, 제작된 간-칩 모델은 간세포판 형성과 함께 혈관을 효과적으로 유도하여 실질적인 체외 간 생체-칩 모델로서 적용이 가능할 것으로 전망된다”고 밝혔다. 덧붙여 “향후에는 본 연구에서 제작된 간소엽 모사 인공 간 모델이 간암종이나 간 섬유화와 같은 간 조직 관련 질환 및 치료 연구에 직접적으로 적용될 수 있다”고 연구 의의를 밝혔다.

□ 각각의 연구 결과는 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원 바이오산업핵심기술개발사업과 질병관리청 사업의 지원으로 수행되었으며, 생체재료과학 분야 JCR상위 2%인 국제 학술지인 Bioactive Materials(주저자: 김원진, IF: 18.9)*에 2월 14일, Bioactive Materials(주저자: 김주연)** 에 2월 22일 온라인 게재되었다.
 * 논문명: Engineered 3D liver-tissue model with minispheroids formed by a bioprinting process supported with in situ electrical stimulation.
** 논문명: Fabrication of fully aligned self-assembled cell-laden collagen filaments for tissue engineering via a hybrid bioprinting process.

2월 27일 화요일자 보도자료 - 첨부파일 참조