융합 바이오 가공 인공식도 제작 및 조직 재생 과정.(사진=국립부경대 제공)

국립부경대학교는 의공학전공 남승윤 교수 연구팀이 서울대학교병원 정은재 교수 연구팀과 공동으로 식도 재건을 위한 인공식도 제작용 융합 바이오 제조 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

현재 질환이나 손상으로 식도 결손이 발생하면, 위나 대장을 이용한 이식수술 재건하는 방법이 주로 사용된다. 이 방법은 기계적 특성이 맞지 않거나, 염증 반응, 연동운동 저하 등 여러 합병증이 발생하는 한계가 있었다.

남승윤 교수 연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 실제 식도와 유사한 생체적합성과 기계적 안정성을 동시에 확보할 수 있는 차세대 인공식도 스캐폴드(지지체)를 개발했다.

연구팀은 전기방사를 통해 탄성과 내구성이 뛰어난 나노섬유를 제작한 뒤, 미세구조 내부에 천연 단백질인 실크피브로인을 광경화(빛으로 물질을 굳히는 과정) 방식으로 패턴화해 구조적 강도와 친수성을 높였다. 이어 식도에서 유래한 탈세포화 세포외기질을 정밀 압출 프린팅으로 쌓아 올려 식도 조직과 유사한 미세환경을 구현했다.

이렇게 개발한 복합 인공식도 스캐폴드는 인장강도와 탄성률이 크게 높아져 줄기세포 부착과 증식, 평활근 및 상피세포 재생능이 뚜렷하게 개선된 것으로 나타났다. 이를 쥐 식도 결손 모델에 적용한 동물실험 결과, 스캐폴드가 숙주조직과 원활하게 융합되며 염증 반응이 줄었고, 신경·혈관 재생과 연동운동 회복이 확인돼 실제 식도 기능 복원 가능성이 입증됐다.

이번 연구는 전기방사, 임베디드 DLP, 압출 바이오프린팅 기술을 하나의 공정으로 결합해 생체조직의 구조적·기계적 특성을 동시에 구현할 수 있는 통합 플랫폼을 제시했다는 점에서 주목받는다.

남승윤 교수는 “이번 연구는 전기방사, 광가교, 압출기반 바이오프린팅을 단계적으로 결합해 식도의 복잡한 구조와 기계적 특성을 동시에 구현한 첫 사례”라며 “단일 공정에서 기계적 강도와 친수성, 조직 재생을 정밀 제어할 수 있는 새로운 바이오 제조 전략을 제시한 데 의의가 있다”고 밝혔다.

연구 결과를 담은 논문 ‘Integrated Biofabrication of Artificial Esophageal Scaffolds using Electrospinning, Embedded DLP, and Extrusion Techniques’는 생체재료 분야 최우수 국제학술지 'Materials Today Bio'(IF 10.2, JCR 상위 7.2%) 온라인판에 최근 게재됐다.

한편 이번 연구는 한국보건산업진흥원 보건의료기술 R&D 사업(HI22C1323)의 지원으로 수행됐으며, 서울대의과대학, 울산대의과대학, 가톨릭대의과대학, 인제대, ATEMs 연구진이 공동 참여했다.