POSTECH 조동우 연구팀, 3D 세포 프린팅 기반 당뇨성 인공 피부 개발
상태바
POSTECH 조동우 연구팀, 3D 세포 프린팅 기반 당뇨성 인공 피부 개발
  • 대학지성 In & Out 기자
  • 승인 2021.04.13 14:20
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

- 당뇨 피부질환, 직접 겪지 않고 눈으로 본다
POSTECH 기계공학과 조동우 교수, 부산대 의생명융합공학부 김병수 교수, POSTECH 기계공학과 안민준씨

인체의 표면을 덮고 있는 피부는 몸에서 가장 크고 넓은 기관이다. 뿐만 아니라 장기나 생리 활동의 변화를 가장 먼저 보여주는 기관이기도 하다. 특히, 당뇨병 환자가 피부질환이나 피부 감염을 앓는 것은 매우 흔한 일이다. POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 연구팀이 당뇨 환자의 피부질환을 살펴볼 수 있는 3D 인공 피부를 만드는 데 성공했다.

POSTECH 기계공학과 조동우 교수, 부산대 의생명융합공학부 김병수 교수, POSTECH 기계공학과 안민준씨 연구팀은 제2형 당뇨병의 병태(病態) 생리학적 특징을 표현하기 위해 3D 세포 프린팅을 통해 당뇨병이 있는 체외 인간 피부 모델을 개발하는 데 성공했다. 이번 연구의 성과는 생체재료분야에서 세계적인 국제학술지 ‘바이오머터리얼즈(Biomaterials)’에 최근 게재됐다. 

3D 세포 프린팅 기술로 인공 피부를 만들기 위한 연구는 계속되고 있지만, 실제 피부의 병리학적 과정을 보여주는 질병이 있는 인공 피부는 아직 실현되지 못하고 있다. 

연구팀은 실제 피부에서 발견되는 표피와 피부 세포 간 상호작용에서 영감을 받아 정상 각질 세포가 당뇨 환자 유래 섬유아세포1)로 이루어진 진피층과 상호 작용할 때 당뇨성 표피로 분화될 것이라는 가설을 세웠다. 이를 증명하기 위해 각 세포를 사용하여 3D 프린팅 기술 기반의 피부 창상이 구현된 당뇨성 인공 피부를 제작하였다. 

이 당뇨성 인공 피부에서 당뇨병 피부의 대표적인 특징인 느린 재상피화(再上皮化)2)가 관찰됐다. 또, 혈관이 포함된 당뇨 지방층을 추가했을 때, 당뇨병에서 흔히 관찰할 수 있는 인슐린 저항성, 지방 세포 비대증, 염증 반응, 혈관 기능 장애가 확인됐다. 

연구팀은 “3D 세포 프린팅으로 다양한 원인으로 인한 피부질환을 직접 겪지 않아도 체외에서 관찰할 수 있게 됐다”며 “피부질환을 관찰하기 위해 지금까지 활용했던 동물실험을 대체할 수 있는 방안이 될 것으로 기대한다”고 말했다.   또한 “새로운 약물 개발을 위한 질병 모델로 응용 가능성이 입증된 것”이라고 연구의 의미를 밝혔다. 

한편, 이 연구는 한국연구재단의 창의적 연구 사업 및 나노원천기술개발사업 지원으로 수행됐다.

* 논문명: ngineering of diseased human skin equivalent using 3D cell printing for representing pathophysiological hallmarks of type 2 diabetes in vitro(2형 당뇨병의 병태 생리학적 특징을 표현하기 위한 3D 세포 프린팅 기반 질병을 갖는 체외 인간 피부 모델 개발)
* 연구자: 조동우(교신저자, POSTECH), 김병수(공동1저자), 안민준(공동1저자) 외

그림 1. 이 연구의 연구 흐름을 나타내 개략도:
(A) 당뇨 환자의 비정상적으로 느린 상처 치유하는 능력으로 인한 당뇨 족부 궤양을 보여주는 개략도.
(B) 본 연구에 필요한 재료 및 인쇄 방법을 나타내는 3D 프린팅 시스템의 개략도.
(C) 당뇨 환자 유래 섬유아세포와 정상 각질 세포 사이의 상호 작용을 통한 당뇨성 표피 모델링 및 느린 상처 치유 능력을 갖는 당뇨 피부 모델.
(D) 당뇨 특징에 대한 강화 및 약물 스크리닝 플랫폼에 적용 할 수 있는지 확인하기 위한 피하층 (혈관 + 지방)의 추가.
그림 2. 3D 세포 프린팅을 사용한 상처가 있는 당뇨성 인공 피부 개발:
(A) 표피를 형성 과정에서 인공 피부에 프린팅 니들을 삽입하여 상처를 발생시키는 과정.
(B) 상처가 있는 인공 피부에서의 표피 형성 확인.
(C) 정상 또는 당뇨병 성 상처 피부 모델에서 상처 치유 정도의 비교.

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.
주요기사