바이오인

출처 : 생물학연구정보센터(BRIC)

3D 바이오프린팅을 위한 바이오잉크 개발 동향

저자 : 이배훈 (Wenzhou Institute of Biomaterials and Engineering, Wenzhou Medical University)

[요약문]

3D 바이오프린팅(bioprinting)은 인체의 복잡한 구조의 조직과 기관을 닮은 구조체를 컴퓨터 프로그램 설계를 통해 정확하게 구현할 수 있고 환자 맞춤형 치료를 할 수 있는 장점이 있어 조직 공학과 재생 의약에서 활발히 연구되는 기술이다. 3D 바이오프린팅은 주로 3D 프린터 하드웨어, 컴퓨터 프로그래밍, 그리고 바이오잉크으로 구성된다. 세포와 물질 (세포외기질(매트릭스), 성장인자, 입자들)로 구성된 바이오잉크(bioink)는 3D 바이오프린팅의 핵심 소재이며 인쇄적성(printability), 젤화(gelation) 특성, 생분해성(biodegradability), 세포적합성(cell-compatibility), 그리고 세포 성장(proliferation)과 분화(differentiation)를 조절할 수 있는 특성을 가져야 한다(그림 1). 본 보고서에서 상품화된 바이오잉크 소재들의 최근 개발 동향을 다루었다.

[목 차]

1. 서론
2. 본론
2.1 바이오프린팅 프로세스
2.2 바이오잉크의 특성
2.3 상품화된 바이오잉크들
3. 결론
4. 참고문헌

1. 서론

 다양한 세포로 구성된 기능을 가진 인체의 조직과 기관을 만들어 손상된 조직과 기관을 대체하는 것은 조직공학과 재생의약의 주된 목표이다. 바이오프린팅은 이런 조직공학과 재생의약의 목표를 빠르게 실현할 수 있도록 도울 수 있는 최근 핵심 기술이다. 바이오프린팅은 자동화된 바이오프린터 기술을 기반으로 세포와 생체재료를 이용해 원하는 삼차원 구조의 조직과 기관을 만드는 것이다[1]. 자동화된 컴퓨터 바이오프린팅 기술은 잉크젯기반 프로세스(inkjet-based process), 레이저기반 프로세스(laser-based process), 그리고 압출기반 프로세스(extrusion-based process)로 발전해 왔다. 바이오프린팅의 기본 프로세스는 컴퓨터 이용 설계 모델로부터 획득된 이미지를 본 떠서 세포와 물질을 포함한 바이오잉크를 활용해 삼차원 구조의 형태를 만드는 것이다. 컴퓨터 이용 설계 모델은 핵자기 공명 이미지 그리고 컴퓨터화된 위상 스캔닝을 통해 3D 의료 이미지를 사용하여 만들 수 있다. 여기서 살아있는 세포를 포함한 생체 재료를 바이오잉크라 불리며 바이오프린팅 프로세스의 기본재료로 쓰인다. 표 1은 최근에 개발된 바이오프린터를 보여준다[2].

세포를 포함한 3D 프린트된 생체 모방 구조체가 구조적 측면과 생물학적 측면에서 기능을 발휘하기 위해서 바이오잉크는 인쇄적성, 세포적합성, 생분해성, 젤화 특성/기계적 물성, 그리고 세포의 성장과 분화를 조절할 수 있는 특성을 가져야 한다[3]. 즉 바이오프린트된 구조물은 원하는 모양을 재생기간 동안 유지해야 하며 생체 내에서 재생 동안 적절한 속도로 분해되어야 한다.

다양한 생체재료들이 조직공학과 재생의약에서 사용되고 있지만 3D 바이오프린팅에는 적합하지 않다. 현재 활용되고 있는 바이오잉크로는 다음과 같다. 스캐폴드에 기초한 바이오잉크로 수화젤(hydrogel), 마이크로 캐리어, 세포가 제거된 세포외기질(extracellular matrix) 등이 있고, 스캐폴드(scaffold)가 없이 세포집합체를 바이오잉크로 사용하기도 한다[2]. 수화젤은 대표적인 상품화된 바이오잉크로써 생체 적합성이 우수하고 인체의 조직과 유사한 구조를 갖고 있으며 세포 및 생리활성물질의 캡슐화가 용이하다. Collagen, gelatin, alginate, hyaluronic acid와 poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA), collagen methacryloyl (CollagenMA), gelatin methacayloyl (GelMA) 등이 대표적인 수화젤 바이오잉크 제품들이다. 본 동향에서는 바이오잉크의 특성과 상품화된 바이오잉크들의 최근 개발 현황을 다룬다.

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.