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3D프린팅으로 만든 인공 폐로 코로나 백신 개발에 사용한다

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3D프린팅으로 만든 인공 폐로 코로나 백신 개발에 사용한다

2021.03.22 16:35
정성준 포스텍 신소재공학과 교수팀
포스텍 제공
정성준 포스텍 신소재공학과 교수팀이 3D 바이오 프린팅 기술을 이용해 10μm(마이크로미터·1μm는 100만 분의 1m)로 매우 얇은 인공 폐를 만드는 데 성공했다. 그림에서 맨 아래 보라색 부위가 연구진이 개발한 인공 폐 모델이다. 실제 폐포막처럼 3층으로 이뤄져 있다. 포스텍 제공

폐는 바이러스나 미세먼지 등 외부 감염원인 미세 입자의 침입에 가장 취약한 호흡기관으로 꼽힌다. 하지만 구조가 복잡하고 두께가 얇아 신약 개발 등 실험에 사용할 수 있는 인공 폐를 만들기가 어려웠다. 


정성준 포스텍 신소재공학과 교수팀은 3D 바이오 프린팅 기술을 이용해 폐를 본뜬 인공 폐를 개발하는 데 성공하고 국제학술지 ‘사이언스 어드밴스드’ 8일자에 발표했다. 


폐는 빈 포도송이 모양의 폐포(허파꽈리)로 구성된다. 몸에 들어온 산소는 기도를 거쳐 폐포에 도착해 폐포의 모세혈관을 통해 혈액이 싣고 온 이산화탄소와 교체된다. 폐포는 얇은 상피 세포층으로 이뤄지고 주변의 얇은 모세혈관으로 둘러싸여 있다. 또 폐포막은 상피층-기저막-내피 모세혈관층으로 이뤄진 3층 구조를 가지고 있으며 두께가 매우 얇다.

 
연구진은 I, II형 폐포세포, 폐섬유 아세포, 폐 미세혈관 내피세포 등 총 4종의 폐포 세포주를 ‘드롭-온-디맨드’ 방식의 고정밀 잉크젯 바이오 프린팅을 이용해 적층한 뒤 약 10μm(마이크로미터·1μm는 100만 분의 1m)로 두께가 얇은 3층 구조의 폐포 장벽을 생성해 인공 폐를 만드는 데 성공했다.      


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


연구진은 이렇게 만든 인공 폐에 인플루엔자 바이러스를 감염시켜 실험한 결과 바이러스 자가 증식과 항바이러스 반응 등 실제 폐에서 일어나는 반응이 대부분 그대로 나타난다는 사실을 확인했다. 


연구진은 이번에 개발한 인공 폐를 신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19·코로나19) 연구에도 활용할 수 있을 것으로 전망한다. 정 교수는 “바이오 프린팅을 이용해 10μm 수준의 얇은 폐포 장벽을 모사한 건 처음”이라며 “이번에 만든 인공 폐는 대량 배양이 가능해 코로나19를 포함해 감염성 호흡기 바이러스에 대응할 치료 약물과 백신의 유효성을 평가하는 데 초기 플랫폼으로 활용할 수 있다”고 말했다. 

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