▲ 근육 조직 최적화를 위한 미세유체칩 모식도 및 전기 자극에 대한 근육 수축 반응 시뮬레이션 / 근육 조직의 내부 스트레스 및 네킹(necking) 현상을 고려해 설계되었으며, 근육 조직 제작 시 발생하는 상당한 양의 젤 수축에서도 안정적인 조직 배양이 가능함을 검증했다. 또한, 기존의 단순한 집중 하중 모델에서 큰 변형량, 분산 하중 등 해석에 큰 영향을 미치는 설계 변수를 고려한 근수축 모델을 설계를 통해 더욱 정교한 근육의 수축력 측정이 가능함을 입증했다.(그림 및 설명=KAIST)  © 특허뉴스

KAIST 기계공학과 전성윤 교수와 심기동 교수 연구팀이 미세유체칩 기반 조직공학 기술을 활용해 3D 인공 골격근 조직 제작법을 최적화하는 데 성공했다. 이번 연구는 노화, 근감소증 등 근골격계 질병 연구와 조직공학 분야에서 새로운 가능성을 열어줄 중요한 성과로 평가받고 있다.

KAIST 연구진은 체외 삼차원 환경에서 골격근 조직을 제작하는 바이오 미세유체시스템(Biomicrofluidic system)을 개발했다고 27일 밝혔다. 이 시스템은 세포와 조직의 배양 및 유동 제어에 활용되는 마이크로 스케일 기술로, 연구진은 이를 통해 다양한 조건에서 근육 밴드를 안정적으로 제작했다.

하이드로젤의 구성 성분, 겔화 시간, 세포 농도를 조절하며 제작된 골격근 조직은 수축력, 반응 속도, 기계적 특성, 유전자 발현 등 다양한 면에서 정밀 분석되었고, 최적화된 제작법으로 견고한 조직을 안정적으로 배양할 수 있음을 확인했다.

이번 연구는 하이드로젤의 특성과 골격근 조직 발달의 상관관계를 심도 있게 조사했다. 연구 결과에 따르면, 하이드로젤의 기계적 특성이 세포 분화와 조직 기능을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀졌다.

전성윤 교수는 “이번 연구는 골격근뿐만 아니라 심장, 골수 등 다양한 생체 조직 제작에도 도움을 줄 수 있는 플랫폼으로 활용될 것”이라며, “특히 노화, 우주 미세중력으로 인한 근감소증 및 근골격계 질병 연구와 치료 응용에 필수적인 기술적 가이드라인을 제공한다”고 강조했다.

이 연구는 KAIST 기계공학과 김재상 박사와 김인우 박사과정 학생이 공동으로 참여했으며, 세계적 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 2024년 10월 7일자로 게재되었다.

KAIST의 이번 연구 성과는 근육 조직 공학의 새로운 패러다임을 제시하며, 조직공학 및 바이오프린팅 분야에서 글로벌 선두 주자로서의 입지를 더욱 공고히 할 것으로 기대된다.

논문명은 Strategic Approaches in Generation of Robust Microphysiological 3D Musculoskeletal Tissue System 이다.