과학자들이 3D 프린팅으로 살아있는 폐 조직을 만들어냈다

UBC 오카나간의 연구원들은 자연 폐 조직의 복잡성을 면밀히 모방한 3D 생체 인쇄 모델을 개발했습니다. 이는 과학자들이 폐 질환을 연구하고 새로운 치료법을 개발하는 방식을 혁신할 수 있는 혁신입니다.

어빙 K. 바버 과학부 부교수인 에마누엘 오세이 박사는 이 모델이 인간 폐의 복잡성과 매우 유사한 조직을 생성해 호흡기 질환 검사와 약물 개발을 개선할 수 있다고 말했습니다.

"복잡한 폐질환의 메커니즘을 연구하여 궁극적으로 새로운 약물 표적을 찾기 위한 연구와 시험을 수행하려면 인체 조직과 비교할 수 있는 모델을 만들어야 합니다."라고 그는 말합니다.

연구팀은 감광성 폴리머 변형 젤라틴으로 만든 바이오잉크와 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트라는 폴리머를 사용하여 여러 세포 유형과 채널을 포함하는 하이드로젤을 3D로 인쇄하여 인간 기도의 혈관 구조를 재현했습니다.

하이드로젤이 인쇄되면 폐 조직의 복잡한 기계적 구조와 매우 유사하게 동작하여 세포가 자극에 어떻게 반응하는지 연구하는 방법을 개선합니다.

UBC 심폐 혁신 센터 소속인 오세이 박사는 "우리의 목표는 생리학적으로 더욱 관련성 있는 인체 기도 시험관 모델을 만드는 것이었습니다."라고 말합니다. "혈관 구성 요소를 통합함으로써 폐 환경을 더욱 효과적으로 모델링할 수 있는데, 이는 질병 연구 및 약물 테스트에 매우 중요합니다."

오세이 박사는 환자가 폐암 진단을 받으면 외과의가 환자의 동의를 얻어 영향을 받은 부위와 정상 폐 조직을 일부 제거하여 연구자들에게 샘플을 기증할 수 있다고 설명했습니다.

"하지만 연구자는 자신이 받는 조직의 양을 통제할 수 없습니다."라고 그는 설명합니다. "때로는 작은 조직 조각만 실험실로 가져와 다양한 화학 물질로 처리하여 검사를 진행하기도 합니다. 이제 3D 바이오 프린팅을 통해 기증 조직에서 세포를 분리하고, 새로운 기증 샘플에 의존하지 않고도 추가 조직과 검사 샘플을 만들어 실험실에서 연구를 수행할 수 있습니다."

오세이 박사는 만성 폐쇄성 폐질환(COPD), 천식, 특발성 폐섬유증, 암을 포함한 많은 폐 질환은 현재 치료가 불가능하다고 말했습니다. 테스트용 모델을 구축할 수 있는 능력은 호흡기 질환 연구 및 신약 개발에 있어 중요한 진전입니다.

이 연구는 Mitacs와 협력하여 Biotechnology and Bioengineering 저널에 게재되었으며, Providence Health Care의 지원을 받았습니다. 이 연구는 흉터와 염증과 같은 폐 질환의 여러 측면을 이해하는 데 한 걸음 더 다가간 것이며, 앞으로 다양한 질병을 치료하는 데 도움이 될 수 있습니다.

논문에서는 생체 인쇄된 3D 모델을 담배 연기 추출물에 노출시키는 등의 테스트를 설명했는데, 이를 통해 연구진은 니코틴에 대한 폐 조직의 염증 반응을 나타내는 지표인 염증성 사이토카인이 증가하는 것을 관찰할 수 있었습니다.

오세이 박사는 "이 모델을 만들어 담배 연기와 같은 특정 유발 요인을 사용하여 이 모델이 폐 질환에 어떻게 반응하고 폐 질환의 여러 측면을 모방하는지 보여준 것은 폐 질환의 복잡한 메커니즘을 이해하는 데 있어 중요한 진전이며, 이를 치료하는 방법을 이해하는 데 도움이 될 것"이라고 말했습니다.

"저희 모델은 복잡하지만 생체 인쇄의 재현성과 최적 특성 덕분에 특정 환자로부터 유래한 세포 유형이나 세포를 추가하여 조정할 수 있어 개인 맞춤 의학 및 질병 모델링을 위한 강력한 도구가 됩니다."

오세이 박사는 이 연구를 계속함으로써 그의 연구팀이 UBC 면역생물학 우수 연구 우수 클러스터, 바이오 기술 기업 및 생물학적 인공 모델 개발에 관심이 있는 모든 사람의 조직에 속한 동료들과 협업할 수 있는 독보적인 입장에 서게 된다고 말했습니다.