뇌혈관 질환 연구 새 지평… 3D 바이오프린팅으로 협착 혈관 모델 구현

부산대-포항공대 공동연구팀, 병리적 혈류환경·염증반응 정밀 재현

좁아진 뇌혈관의 실제 구조와 내부 혈류 흐름을 그대로 모사한 3D 바이오프린팅 인조 혈관 모델이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

뇌졸중, 치매, 혈관염 등 주요 뇌혈관 질환의 기전 연구와 신약 평가에 혁신적 전환점을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

부산대학교(총장 최재원)는 23일 의생명융합공학부 김병수 교수 연구팀이 포항공대 조동우 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 병리적 혈류 환경을 체외에서 정밀 재현한 3D 인공 뇌혈관 모델을 개발했다.

이 연구는 혈관 협착 부위를 정밀하게 프린팅하고 그 내부에 내피세포를 배양해 실제와 유사한 혈류 및 세포 반응 환경을 구축했다. 특히, 돼지 유래 혈관 탈세포화 ECM(dECM)에 콜라겐과 알지네이트를 혼합한 하이브리드 바이오잉크를 사용해 구조 안정성과 생체적합성을 크게 향상했다.

개발된 모델은 내경 250∼500μm의 정밀한 협착 혈관 구조를 구현했으며, CFD(전산유체역학) 시뮬레이션과 형광 마이크로비드 실험을 통해 난류 발생과 재순환 현상 등 병리적 혈류 특성을 정량적으로 분석했다.

또 인간 뇌혈관 내피세포(HBMEC)와 제대정맥 내피세포(HUVEC)를 배양한 결과 내피세포 접합 단백질(CD31, VE-cadherin 등)이 고르게 발현되고 분자량에 따라 투과성이 달라지는 등 생리학적으로도 유효성이 입증됐다.

주목할 점은 염증 반응까지 재현 가능하다는 것이다. 협착 부위에서는 염증성 접착분자인 ICAM-1과 VCAM-1이 각각 약 2.2배, 1.5배 증가하며 실제 동맥경화 등에서 나타나는 병리 반응과 유사한 결과를 보여주었다.

김병수 교수는 "이번 연구는 병리적 혈류에 따른 염증 반응을 정량적으로 재현할 수 있는 체외 플랫폼을 구축한 것"이라며, "혈관 질환 연구뿐 아니라 약물 반응 평가, 맞춤형 치료 전략 개발에도 널리 활용될 수 있을 것"이라고 설명했다.

이번 성과는 과기정통부·산업부 지원을 받아 수행돼, 생체재료·조직공학 분야 국제 학술지 'Advanced Functional Materials' 6월 30일 자에 게재됐다.

부산대 김병수 교수와 포항공대 조동우 교수가 공동 교신저자이며, 최민주 석사(부산대, 현 한국재료연구원)와 박원빈 박사(포항공대, 현 티센바이오팜)가 공동 제1저자로 참여했다.

왼쪽부터 김병수 부산대 교수, 조동우 포항공대 교수, 최민주 부산대 석사졸업생, 박원빈 포항공대 박사. 부산대 제공

영남취재본부 조충현 기자 jchyoung@asiae.co.kr