순천향대학교(총장 송병국)는 의과대학 재생의학교실 이병택 교수 연구팀이 차세대 3D 바이오프린팅 기술을 이용한 줄기세포 기반 연골 치료소재를 개발했다고 1일 밝혔다. 연구 결과는 손상된 연골 조직을 단일 시술로 재생 가능성도 제시했다. 연구팀은 탈세포화된 돼지 해면골 유래 세포외기질(dECM)에 셀룰로오스 나노섬유(TOCN)와 알지네이트를 조합한 생체활성 단백질 기반 바이오잉크에, 성장인자(TGF-β1, FGF-18)와 지방유래 줄기세포(ADSCs)를 탑재한 3D 바이오프린팅 연골 치료소재를 개발했다. 해당 지지체는 인체 관절 연골 미세환경을 정밀 모사하며, 생리활성과 역학적 기능을 동시에 구현해 생체 내 자가 재생을 유도하는 완전 통합형 연골재생 치료 플랫폼으로 완성됐다. 연구팀은 토끼 연골 결손 모델을 활용한 전임상 실험을 통해 개발된 지지체가 불규칙한 연골 손상 부위에 이식되어 새로운 연골 조직으로 재생시키는 과정을 확인했다. 이는 퇴행성 관절염 환자를 위한 맞춤형 최소침습 치료 가능성을 제시한다는 점에서 의미가 크다. 이 교수는 “이번에 개발한 지지체는 단순한 조직 회복을 보조하는 수준을 넘어, 실제로 손상된 연골 조직 재생을 유도하는 스마트 치료 시스템”이라며 “고령화 사회 퇴행성 관절 질환과 인체골 재생 분야에서 높은 상용화 가능성을 지닌다”고 설명했다. 연구팀은 대동물 실험과 외과적 이식 기술 개발을 진행에 이어 임상 적용을 목표로 한 치료 플랫폼 후속 연구도 추진할 계획이다. 연구 성과는 바이오소재 분야 세계 최고 권위 학술지인 ‘Bioactive Materials(IF 18.0, JCR ranking 1.2%)’ 2025년 4월호에 게재됐다.

어깨를 다친 것도 아닌데 팔을 들어올리거나 돌리기 어려워하는 증상을 오십견이라고 부른다. 50대 이상 여성들에서 주로 나타난다. 그렇지만 어깨에 반복적인 충격이 가해져 오십견처럼 팔을 들어올리지 못하고 힘이 들어가지 않는 경우도 있다. 어깨를 들거나 돌릴 수 있도록 돕는 회전근개라는 근육이 파열되거나 손상되면서 나타나는 현상이다. 손상된 회전근개는 회복이 쉽지 않다는 문제가 있다. 포스텍 기계공학과와 IT융합공학과, 미국 하버드대 의대 공동 연구팀은 3D 프린팅 기술을 이용해 파열된 회전근개를 되살릴 수 있는 복합 조직 플랫폼을 개발했다고 2일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생체 재료과학 분야 국제학술지 ‘바이오액티브 머티리얼즈’에 실렸다. 연구팀은 회전근개를 파열시킨 생쥐에게 이번에 개발한 플랫폼을 이식하고 회전근개 조직과 어깨 기능이 회복되는지 관찰했다. 이번에 개발한 플랫폼은 바이오잉크를 이용해 3D 프린팅해 만들었다. 이 때문에 회전근개를 구성하는 조직의 복잡한 구조를 그대로 모사할 수 있었다.그 결과 줄기세포가 포함된 플랫폼이 파열된 회전근개를 재생시키는 것으로 확인됐다. 또 근적외선 생체 이미징 기술을 이용해 플랫폼이 회전근개 조직을 재생하는 과정을 실시간으로 관찰하는데도 성공했다. 연구를 이끈 조동우 포스텍 기계공학과 교수는 “이번 기술은 실제 인체 조직과 유사한 구성성분과 미세환경을 조성하기 때문에 실제 환자에게 적용하면 치료효과도 높고 어깨 기능 회복도 기대할 수 있다”며 “회전근개 재건 치료시 자가 조직을 사용하기 어려웠던 환자들에게도 맞춤형 치료를 제공할 수 있다”고 말했다.

항암치료 합병증 중 하나인 방사선 식도염 치료 가능성이 열렸다. 포항공대(포스텍)는 기계공학과 조동우 교수, 통합과정 채수훈씨, 에드믹바이오 하동헌 박사 연구팀이 방사선 식도염을 직접 치료하기 위한 식도 유래 바이오잉크를 탑재한 생분해성 스텐트를 제작했다고 9일 밝혔다. 암 치료법 중 하나인 방사선 치료 중 방사선 식도염이 발생하면 의료진은 통증 완화 요법을 쓰거나 부어오른 식도를 단순하게 벌려 마시거나 먹을 수 있게 해주는 스텐트를 삽입했다. 이런 방법은 손상된 조직을 직접 치료하지 못한다는 단점이 있다. 연구팀은 탈세포화 과정을 통해 식도 조직으로부터 세포성분을 제거하고 세포외기질만 추출한 바이오잉크를 제작했다. 바이오잉크는 3D 프린터에 넣으면 인공 장기를 만들 수 있는 잉크로 세포를 의도한 대로 배양하는 물질을 가리킨다. 연구팀은 입체 프린팅 시스템을 이용해 바이오잉크를 실을 수 있는 아령형 스텐트를 만들었다. 이 스텐트를 염증이 유발된 동물 식도에 넣은 결과 염증반응이 완화되고 조직재생이 촉진되는 것으로 나타났다. 이 연구 결과는 최근 생체재료 분야 학술지 바이오머티리얼즈에 실렸다. 조동우 교수는 “통증으로 영양 관리가 어려워지면 치료 효과가 반감된다”며 “이번에 개발한 식도 스텐트 삽입술이 임상에 적용되면 환자에게 큰 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다. 안동 김상화 기자 shkim@seoul.co.kr

첨단 과학 및 생명공학이 만들어낸 ‘인공고기’에 이어 이제는 ‘인공생선’을 손쉽게 식탁에 올릴 날이 머지않은 것으로 보인다. 미국 샌디에이고에 있는 한 스타트업 기업은 최근 2000만 달러(한화 약 248억 원) 규모의 새 연구 자금을 마련하고, 이를 실험실 내에서 만든 ‘인공생선’ 개발 및 사업을 진행 중이다. 현재 푸드테크 영역 중 가장 ‘핫’한 분야는 대체식품, 그중에서도 대체육으로 불리는 육류다. 소와 닭, 돼지 등 축산업에 기반한 동물성 단백질을 대체하는 식품을 실험실에서 인위적으로 만든 것으로, 현재 식물성 대체육을 대표하는 스타트업 기업으로는 미국의 ‘비욘드미트’와 ‘임파서블푸즈’ 등이 있다. 샌디에이고를 기반으로 하는 해산물 세포농업 회사인 B사는 실제 생선에서 채취한 근육 조직 세포를 배양해 인공적으로 생선을 만들어낸다. 유전자 변형 없이 자란 물고기의 세포로부터 전근육 제품을 만들기까지 상당한 혁신과 노력이 필요했지만, 이제는 대체 수산물을 발전한 기술력에 막대한 투자가 더해지면서 보편화를 한걸음 더 앞당겼다. 해당 업체가 주목한 것은 농어목 전갱이과의 바닷물고기인 부시리다. 연구진은 마취된 살아있는 부시리로부터 근육조직을 추출한 뒤, 줄기세포와 효소 등으로 나눈 후 세포 복제에 필요한 비타민과 소금, 지질, 설탕, 식물성 단백질과 아미노산 등이 섞인 영양 용액을 공급한다. 이후 원심분리기를 이용해 새로 성장한 조직과 과도한 유체 및 기타 폐기물을 분리한 뒤 해당 세포를 ‘바이오잉크’라 불리는 마무리 용액과 결합해 3D프린터로 출력하면 원하는 형태의 ‘인공생선’을 만들 수 있다. 해당 업체 측은 인공생선이 뼈나 비늘, 내장 등을 제거하지 않아도 되는 편리함을 가져다 줄 것이며, 실험실에서 인공적으로 만들어진 식품에 대한 거부감을 해소하는데 도움이 될 것으로 보인다고 기대했다. 샌디에이고 지역 언론인 샌디에이고 유니온 트리뷴은 “이번 투자는 윤리적으로 문제가 없고 지속 가능한 대안으로 꼽히는 인공생선이 실제로 인류의 식탁에 오르기까지 더 큰 도움이 될 것”이라고 평가했다. 송현서 기자 huimin0217@seoul.co.kr

상처에 인공근육 이식받은 생쥐 8주만에 감쪽같이 회복 1984년 인공지능과 로봇으로 인한 암울한 인류의 미래상을 보여줘 관객들을 사로잡은 영화 터미네이터가 최근 28년만에 원년 멤버인 아놀드 슈워제네거, 린다 해밀턴 등까지 참여한 ‘터미네이터: 다크페이트’로 돌아왔다. 사람처럼 늙는다는 설정의 원년 터미네이터까지 등장했지만 흥행몰이에는 실패했다. 터미네이터가 등장했을 때 과학자들이 관심을 가졌던 부분은 인공지능의 발달과 함께 인공근육이었다. 사람과 똑같은 외모 뿐만 아니라 인체 내부 근육도 실제와 비슷하게 만든다면 손상된 부분을 대체할 수 있기 때문이다. 그러나 지금까지 개발된 인공근육들은 대부분 금속물질이나 모터 등이 달려 있어 손상된 부위를 복원하기보다는 근육 기능을 강화하는데 초점이 맞춰져 있었다. 성균관대 바이오메카트로닉스학과, 전남대 의대 공동연구팀이 3D프린터를 이용해 실제 사람의 근육과 똑같은 근육섬유다발을 만드는데 성공했다고 27일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다. 살아있는 세포와 생체 친화적인 하이드로겔로 이뤄진 바이오잉크를 원하는 설계대로 층층이 분사하는 방식으로 세포나 조직을 만들어 내는 바이오프린팅 기술에서 가장 중요한 것은 생체 조직마다 서로 다른 해부학적 특징과 생리학적 기능을 어떻게 실제와 가깝게 구현해 내는가 하는 점이다. 많은 과학자들은 근육조직을 3D프린터로 구현해 내려고 했지만 세포가 한 방향으로 배열된 근섬유다발 형태로 자라게 만들기가 어려워 곤란을 겪어왔다.이같은 문제를 해결하기 위해 연구팀은 금 나노와이어를 이용해 바이오잉크 내에 포함된 지방줄기세포가 자라나는 방향을 제어하는 방식을 착안해냈다. 화분에 지지대를 꽂아놓으면 식물들이 그에 따라 뻗어가는 원리이다. 연구팀은 지름 30㎚(나노미터), 길이 4500㎚의 금 나노와이어를 따라 바이오잉크를 분사해 지방줄기세포들이 근육세포처럼 한 방향으로 분화해 자라도록 유도했다. 금 나노와이어를 따라 자라도록 배양한 인공근육세포는 기존 방식의 인공근육세포 제작방식에 비해 초기 생존율이 90%가 넘어섰다. 또 이렇게 만들어진 인공근육을 턱관절 근육과 두개골 옆쪽을 감싸고 있는 측두근에 길이 3㎝, 폭 1㎝ 가량의 커다란 외상을 입은 쥐에게 이식한 결과 8주 뒤 실제 근육처럼 재생되는 것이 확인됐다. 김근형 성균관대 교수는 “이번 연구는 3D 인공근육 내에 배열된 금 나노입자가 세포를 일정한 방향으로 성장하도록 유도하고 실제와 유사한 근육세포를 만들어 냈다는데 의미가 크다”며 “이번 기술을 바탕으로 골격근 이외에도 심장근육, 인체의 다양한 세포조직을 인공적으로 만들고 재생하는데 도움을 받을 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

포항공과대학교(포스텍)는 25일 뉴스통신사인 로이터가 매년 발표하는 ‘2019 세계에서 가장 혁신적인 100대 대학’ 평가에서 12위에 올랐다고 밝혔다. 이는 지난해보다 한 계단 올라선 것이다. 포항공대는 올해 아시아 대학 중에서는 가장 높은 순위를 기록했다. 일본 도쿄대(26위), 서울대(29위), 한국과학기술원(KAIST), 중국 칭화대(41위)가 그 뒤를 이었다. 로이터는 세계적 정보서비스회사 클래리베이트 애널리틱스와 함께 학술논문과 영향력, 특허출원수, 논문인용도 등을 척도로 매년 혁신적인 대학 순위를 발표하고 있다. 로이터는 포항공대를 한국 철강기업 포스코가 1986년 세운 대학으로 산업체와 특별한 협력 관계를 맺고 있는 연구중심대학이라고 소개했다. 2019년 발표한 인공각막을 입체프린터로 제작할 수 있는 바이오잉크 기술(기계 조동우 교수·창의IT 장진아 교수)과 2018년 발표한 홍합접착 단백질을 이용한 줄기세포 전달체 기술(화공 차형준 교수)이 대표적 혁신 기술이라고 밝혔다. 2012년부터 2017년까지 포항공대는 모두 349개의 특허를 출원해 79.7%의 등록률을 보였다. 특허 출원 시 논문이 얼마나 많이 인용됐는지를 놓고 평가하는 ‘기술사업화 영향력 점수’에서는 평균(40.5)보다 높은 48.8점을 얻었다. 포항 김상화 기자 shkim@seoul.co.kr

국내 연구진이 3D프린팅 기술을 이용해 실제와 똑같은 기능을 하는 근육세포를 만드는데 성공했다. 성균관대 바이오메카트로닉스학과 김근형 교수팀은 살아있는 생체 세포와 전기유체공정에 적합한 바이오잉크를 이용해 인공 근육세포를 만들었다고 5일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘스몰’ 최신호 표지논문으로 실렸다. 조직재생공학은 인체 내 질병이 발생해 문제가 생긴 조직에 3차원(3D) 지지체를 삽입해 재생효과를 높이는 분야이다. 특히 최근에는 3D프린팅 기술의 발달로 살아있는 세포와 하이드로겔을 혼합한 바이오잉크를 이용한 3D세포프린팅 공정이 사용되고 있다. 세포프린팅 공정은 높은 가공성과 생체적합성이 뛰어나다는 장점이 있지만 세포가 무작위로 성장해 실제 생체에 삽입이 어렵다는 단점이 있다. 이에 연구팀은 근육세포가 자라는 방향을 제어할 수 있도록 하는 전기유체공정을 개발했다. 생체 친화적인 하이드로겔에 가공성이 우수한 폴리에틸렌옥사이드(PEO)라는 물질을 첨가한 바이오잉크를 만들어 전기장을 가해 미세한 패턴을 갖고 한 방향으로 자라는 섬유다발을 만들었다.기존 전기유체공정에서 만들어지는 인공근육세포는 세포가 사멸되는 문제가 있었는데 이번에 개발된 나노근섬유는 초기 세포생존률이 90%를 넘는 것으로 확인됐다. 또 기존 3D세포프린팅 공정보다 세포배열과 분화 등 세포활동이 3배 정도 향상돼 실제와 비슷하게 작동하는 것으로 알려졌다. 김근형 교수는 “이번 연구는 전기유체공정을 이용해 세포가 포함된 나노섬유를 배열시킨 첫 사례로 세포 방향성을 유도하는데 유용한 공정이다”라며 “인체 조직은 다양하게 배열돼 있는데 방향성을 갖춰 조직을 재생하는데 적용할 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

“사물인터넷(IoT), 원격모니터링, 인공지능(AI), 딥러닝, 빅데이터, 유전학에 주목하라.”정부를 비롯한 민간에서도 4차 산업혁명에 대한 대비를 해야한다는 목소리가 높아지고 있다. 그러나 대기업들과 달리 자금과 기술력이 상대적으로 부족한 국내 중소중견기업들도 4차 산업혁명에 대한 대비책을 제대로 못 세우고 있는 것이 사실이다. 이런 상황에서 국내 중소, 중견기업들이 주목하고 뛰어들 수 있는 유망 기술 분야를 선정해 알려주는 세미나가 열린다. 한국과학기술정보연구원(KISTI)은 23일 서울 삼성동 코엑스에서 ‘4차 산업혁명과 미래유망기술’을 주제로 ‘2017 미래유망기술세미나’를 개최한다고 22일 밝혔다. 12년째 열리고 있는 이 세미나는 특히 올해는 4차 산업혁명에 대응하기 위한 중소중견기업의 전략과 유망 사업 아이템을 11개 분야 50건을 선정해 발표한다. 연구원에 따르면 중소, 중견기업들이 주목해야 할 10대 미래유망기술은 웹기반 빅데이터 수집․분석 패키지 스마트 의류(Smart Clothing) 자율주행 자동차 부품 3D 수리모델링 소프트웨어 바이오잉크 바이오프린팅으로 제작된 인공장기 및 조직 착용형 보조로봇(외골격로봇) 고령자 돌보미 로봇 휴먼 마이크로바이옴 분석 개인 유전자 분석 서비스다.특히 주목하고 사업 아이템이 풍부한 분야는 사물인터넷 및 원격모니터링으로 나타났다. 그다음으로 인공지능, 딥러닝, 빅데이터 분야가 꼽혔고, 의외로 휴먼마이크로바이옴 분석과 같은 유전학 분야도 중소기업의 사업아이템으로 적합하다는 결과가 나왔다. 유재영 KISTI 중소기업혁신본부장은 “이번 아이템 선정은 데이터 전문가와 4차산업혁명 전문가들이 핵심 키워드 네트워크 분석을 하고 벤처캐피털 투자데이터, 시장데이터, 기술트랜드를 분석한 뒤 50건을 선정해 심층 분석하는 방식으로 이뤄졌다”며 “특히 중소기업 적합성, 국내외 시장규모와 성장률, 기술접근성, 4차 산업혁명 대응 중요도를 주요 지표로 활용하여 중소기업이 접근하기에 적합한 중소기업 맞춤형 아이템들만 선정했다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr