인더뉴스 제해영 기자ㅣ부산대학교와 포항공과대학교 공동연구팀이 3D 바이오프린팅 기술을 이용해 실제 뇌혈관의 협착과 염증 반응을 정밀하게 재현한 실험용 인공 뇌혈관 모델을 개발했습니다.

이번 연구는 뇌졸중, 치매, 혈관염 등 주요 뇌혈관 질환의 병리적 환경을 체외에서 구현하고 약물 반응 평가에 활용할 수 있는 새로운 플랫폼을 제시했다는 점에서 주목받고 있습니다.

부산대학교(총장 최재원)는 의생명융합공학부 김병수 교수 연구팀이 포항공대 기계공학과 조동우 교수 연구팀과의 협업을 통해 병리적 혈류 환경을 구현한 인공 뇌혈관 모델을 개발했다고 23일 밝혔습니다.

연구팀은 협착 부위의 비정상적 혈류가 내피세포를 자극해 염증과 병변을 유발하는 뇌혈관 협착의 병리적 특징을 모사하고자, 점탄성과 재형성력을 높인 세포외기질(ECM) 기반 하이브리드 바이오잉크를 개발했습니다.

해당 바이오잉크는 돼지 대동맥 조직에서 유래한 혈관 탈세포화 ECM에 콜라겐과 알지네이트를 혼합한 구조로, 기계적 강도를 약 65배 향상시키고 프린팅 후 혈관 내강의 안정성을 확보할 수 있었습니다.

또한 3D 동축 바이오프린팅 기술을 활용해 내경 250~500 마이크로미터의 협착 혈관 모델을 제작하고, 인간 뇌혈관 내피세포(HBMEC)와 제대정맥 내피세포(HUVEC)를 배양해 기능성 혈관 내피 구조를 구현했습니다.

모델 제작 후 CFD(전산유체역학) 시뮬레이션과 형광 마이크로비드 실험을 통해 혈류 내 난류 발생과 재순환 영역을 시각화했으며, CD31, ZO-1, VE-cadherin 등의 접합 단백질 발현을 확인했습니다.

특히 협착 부위의 혈류 왜곡과 압력 변화에 따라 ICAM-1과 VCAM-1 등의 염증성 접착분자 발현이 각각 2.2배, 1.5배 증가해 실제 동맥경화 염증 반응과 유사한 양상을 보였습니다.

김병수 교수는 “이번 연구는 병리적 혈류 환경을 체외에서 구현하고 내피세포의 염증 반응을 정량적으로 분석할 수 있는 플랫폼을 제시한 데 의의가 있다”며 “향후 혈관 질환 기전 연구와 약물 반응 평가, 맞춤형 치료 전략 개발에도 활용 가능할 것”이라고 밝혔습니다.

이 연구는 과학기술정보통신부 및 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 생체재료 및 조직공학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔녈 머티리얼즈' 6월 30일자에 게재됐습니다.