3D 프린터로 당뇨 치료의 미래를 그리다
  • ▲ 연구 관련 그림.ⓒ포스텍
    ▲ 연구 관련 그림.ⓒ포스텍
    POSTECH(포항공과대학교) 기계공학과·생명공학과·IT융합공학과·융합대학원 장진아 교수, 시스템생명공학부 통합과정 김명지 씨 연구팀은 실제 췌장 조직에서 유래한 바이오잉크와 3D 바이오프린팅 기술을 이용해 당뇨 치료를 위한 혁신적인 플랫폼 개발에 성공했다. 

    이번 연구는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인판에 최근 게재됐다.

    당뇨병은 혈당을 조절하는 췌장에 문제가 있을 때 발생하는 대사질환이다. 췌장에는 혈당을 낮추는 인슐린을 분비하는 ‘췌도세포’가 있는데, 이 세포를 치료 목적으로 만드는 것은 매우 어렵다. 

    줄기세포를 활용해 췌도세포를 만들 수는 있지만, 이 세포들이 실제 췌장이 있는 환경에서처럼 제대로 기능을 할 수 있도록 재현하는 데 한계가 있었기 때문이다.

    췌도세포는 주변의 세포외기질과 혈관세포 간 상호작용을 통해 인슐린 분비를 조절한다. 

    POSTECH 연구팀은 실제 췌장 조직에서 유래한 세포외기질과 기저막 단백질(라미닌, 콜라겐 IV)을 포함한 바이오잉크(Peri-islet niche-like, PINE)를 만들고, 여기에 3D 바이오프린팅 기술을 이용해 ‘HICA-V(Human islet-like cellular aggregates and vasculature)’ 플랫폼을 제작했다.

    이 플랫폼은 줄기세포로 만든 췌도세포와 혈관을 정밀하게 배치해 실제 췌장의 구조를 거의 완벽하게 모사했다. HICA-V 플랫폼에서 배양된 췌도세포는 인슐린과 결합단백질 발현이 증가하며 실제 췌도와 유사한 기능적 특성을 보였다.

    또 당뇨병과 유사한 환경에서 염증의 유전자 발현이 증가하는 등 생체 내 병리적 반응을 효과적으로 재현했다. 이는 단순히 췌도세포의 성숙도를 높이는 데 그치지 않고, 당뇨병 치료제 개발 및 질환 연구에도 중요한 도구로 활용될 수 있음을 증명한 것이다.

    장진아 교수는 “이번 연구에서 개발한 맞춤형 췌도세포 플랫폼은 실제 췌장 구조와 기능을 재현해 인공 췌도세포의 성숙과 기능 향상에 기여할 것”이라며 “이 플랫폼이 당뇨병 연구 및 치료제 개발뿐만 아니라 췌도세포 이식 치료의 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대한다”고 전했다.

    한편, 이 연구는 보건복지부 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업과 범부처 재생의료기술개발사업, 산업통상자원부 산업기술알키미스트사업의 지원을 받아 수행됐다.