포항공대 3차원 프린팅으로 실험용 인공 폐 개발, 얇고 복잡한 허파꽈리 모사 성공

포항공대(포스텍)는 22일 신소재공학과 정성준 교수, 생명과학과 유주연 교수, 통합과정 강다윤씨 연구팀이 인공 폐 모델을 3차원 프린팅으로 만드는 데 성공했다고 발표했다.

정성준 교수는 "바이오 프린팅을 이용해 세포를 프린팅하고 조직을 제작하고 있지만, 약 10㎛(마이크로미터) 두께의 3층 구조를 가진 폐포 장벽을 모사한 것은 세계 최초"라고 설명했다.

사람 폐는 생명 활동에 필요한 산소를 받아들이고 부산물로 발생한 이산화탄소를 몸 밖으로 내보내고자 끊임없이 호흡한다.

몸에 들어온 산소는 기도를 거쳐 폐포(허파꽈리)에 도착해 폐포 모세혈관을 통해 혈액이 싣고 온 이산화탄소와 교체된다.

폐포는 얇은 상피 세포층으로 이뤄지고 주변 얇은 모세혈관으로 둘러싸여 속이 빈 포도송이 모양을 지닌다.

이렇게 얇고 복잡한 구조를 지닌 폐포를 정확히 모사하는 데 한계가 있어 그동안 실험용 인공 폐를 만들기 어려웠다.

연구팀은 '드롭 온 디맨드' 방식의 고정밀 잉크젯 바이오 프린팅을 이용해 다종의 인간 폐포 세포주(세포 집합)를 포함한 3차원 폐 모델을 제작했다.

드롭 온 디맨드 잉크젯은 카트리지에 가하는 압력으로 초미세 잉크 방울을 원하는 위치에 정확히 입힐 수 있는 바이오 프린팅의 한 방법이다.

이 모델은 2차원 세포 배양 모델뿐만 아니라 폐포 세포와 하이드로젤(hydrogel)을 섞어 배양한 3차원 비구조화 모델보다 높은 모사도를 보였다.

연구팀은 이 모델을 인플루엔자 바이러스 감염 모델로 사용했을 때 바이러스 자가 증식과 항바이러스 반응이 나타나는 것을 관찰해 실제 조직 수준의 생리학적 반응을 나타낸다는 것을 확인했다.

연구 결과는 국제학술지 '어드밴스트 사이언스'에 최근 실렸다.

포항=하인식 기자 hais@hankyung.com