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다종 세포 스페로이드의 인-시츄 형성이 가능한 정밀 3D 바이오 도트 프린팅 공정의 개발
전승규(Seunggyu Jeon),허준호(Jun-Ho Heo),김민경(Min Keong Kim),정원우(Wonwoo Jeong),강현욱(Hyun-Wook Kang) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.6
세포 스페로이드는 세포들이 삼차원의 구형으로 뭉쳐져 있는 형태이며, 이 형태로 인해 세포간 상호작용 및 기능성이 향상된다고 알려져 있다. 세포 스페로이드를 조직공학에 활용하기 위해 다양한 세포 스페로이드 패터닝 기술이 소개되었다. 그러나 기존의 기술들은 세포 스페로이드를 형성시킨 후 배치해야 하여 공정 과정이 복잡했고, 대부분 한가지 종류의 스페로이드 패터닝만 가능했다. 본 연구에서는 다종의 세포를 하이드로젤 내부로 점 패터닝하여 그 위치에서 스페로이드를 형성시킬 수 있는 3D 바이오 도트 프린팅 공정을 개발 했다. 공정을 구현하기 위해 세포가 포함되는 가용성 바이오 잉크와 스페로이드 형성을 유도하는 바이오 잉크를 각각 디자인 했다. 프린팅 이후 간, 췌장, 암 세포 등 다양한 종류의 세포 스페로이드를 유도할 수 있었다. 또한 세포 토출량을 조절하여 세포 스페로이드의 크기를 조절할 수 있었다. 뿐만 아니라, 프린팅 경로를 조작하여 세포 스페로이드 사이의 거리를 수십 마이크로 수준까지 조절 할 수 있었고, 패터닝의 정확도 및 정밀도가 높았다. 3D 바이오 도트 프린팅을 통해 형성된 간세포 스페로이드는 기존 방식으로 제작된 세포 스페로이드 보다 생존율과 기능성이 높아 공정의 생체 적합성이 우수함을 확인했다. 마지막으로 두 종류의 세포 스페로이드가 패터닝된 암 침습 모델 및 혈관 내피세포와 간세포 스페로이드의 거리가 조절된 간 모델을 제작하여 근거리 분비 기능이 향상된 인공 조직 모델 제작 가능성을 제시했다. 본 연구에서 개발한 새로운 세포 스페로이드 3D 프린팅 기술은 신약 검사 플랫폼 또는 이식용 인공 조직 제작을 위한 조직공학 연구에 유용하게 활용될 것으로 기대한다. [그림 본문 참조]