자연 뼈 성분 활용한 '치아 재생 바이오잉크' 개발

맞춤형 치아 재생 치료로 확장 가능한 바이오잉크 기반 기술 제시
고분자 분야 국제학술지 '폴리머 테스팅' 1월호 게재

자연 뼈 성분을 활용한 치아 재생 바이오잉크가 실제 치아 조직 재생 가능성을 입증했다.

자연 뼈 성분 기반 바이오잉크에 타트라진을 첨가해 3D 프린팅한 치아 구조체. 내부에 지름 약 0.7mm의 미세 통로가 형성됐으며 염료 관류 실험을 통해 혈관 역할이 가능한 구조임이 확인됐다. 한림대춘천성심병원

한림대춘천성심병원은 박찬흠 이비인후과 교수 연구팀이 개발한 바이오잉크가 별도의 성장 유도 물질 없이도 줄기세포의 치아 조직 분화를 유도할 수 있음을 확인했다고 11일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '폴리머 테스팅'에 지난달 게재됐다.

이번에 개발한 바이오잉크는 자연 뼈에서 얻은 탈무기질 뼈 분말에 광경화 특성을 부여한 소재로 실제 뼈가 지닌 생체 신호를 최대한 보존하면서도 3D 프린팅이 가능하도록 설계됐다. 기존 인공 지지체가 생체 신호 부족과 구조 정밀도 한계로 치아 조직 형성에 어려움을 겪었던 점을 개선한 것이 특징이다.

연구팀은 뼈 속 핵심 단백질과 세포 성장 관련 성분을 보존하기 위해 90마이크로미터 미만의 미세 분말만을 선별해 바이오잉크를 제조했다. 이를 통해 줄기세포가 실제 치아 조직으로 성장할 수 있는 생물학적 환경을 구현했다.

3D 바이오프린팅 조건 최적화 실험에서는 바이오잉크 농도 20%가 구조 안정성과 정밀성, 세포 적합성을 가장 균형 있게 충족하는 것으로 나타났다. 농도 10%에서는 출력 구조가 쉽게 붕괴됐고 30%에서는 형태 안정성은 높았으나 세포 증식과 정교함이 떨어졌다.

연구팀은 여기에 0.1% 농도의 타트라진 색소를 첨가해 혈관이 포함된 치아 구조체 구현에도 성공했다. 출력된 구조체에는 지름 0.7mm의 미세 통로가 형성됐으며 염료 흐름 실험을 통해 실제로 유체가 막힘없이 이동하는 것을 확인했다. 세포에 영양과 산소를 공급할 수 있는 기능적 혈관 구조 구현 가능성을 보여준 것이다.

또한 치아 신경에서 유래한 줄기세포를 바이오잉크에 담아 배양한 결과 추가적인 성장 인자 없이도 치아 세포로의 분화가 관찰됐다. 바이오잉크 자체가 줄기세포에 치아 조직 분화 신호를 제공하는 미세환경으로 작용한 셈이다.

박찬교수는 "이번 연구는 프린팅이 가능하고 치주유래줄기세포의 분화를 유도할 수 있는 바이오잉크 개발을 위한 파일럿 연구로, 본 연구에서 사용한 재료는 즉각 치아 제작에 적용하기에는 아직 한계가 있으며 향후 추가적인 보완과 후속 연구가 필요하다"고 말했다. 이어 "이번 연구는 자연 유래 뼈 조직의 생체 활성을 보존하면서도 고정밀 3D 프린팅이 가능한 바이오잉크 플랫폼을 확립했다는 데 의미가 있다"며 "앞으로 맞춤형 치아 재생 치료뿐 아니라 다양한 재생의료 분야로 기술을 확장해 나갈 계획"이라고 밝혔다.

박정연 기자 jy@asiae.co.kr