포스텍(포항공대)은 기계공학과·생명공학과·IT융합공학과·융합대학원 장진아(사진) 교수, 시스템생명공학부 통합과정 김명지(사진) 씨 연구팀은 실제 췌장 조직에서 유래한 바이오잉크와 3D 바이오프린팅 기술을 이용해 당뇨 치료를 위한 혁신적인 플랫폼 개발에 성공했다고 17일 밝혔다.

당뇨병은 혈당을 조절하는 췌장에 문제가 있을 때 발생하는 대사질환이다. 

췌장에는 혈당을 낮추는 인슐린을 분비하는 '췌도세포'가 있는데, 이 세포를 치료 목적으로 만드는 것은 매우 어렵다. 

줄기세포를 활용해 췌도세포를 만들 수는 있지만, 이 세포들이 실제 췌장이 있는 환경에서처럼 제대로 기능을 할 수 있도록 재현하는 데 한계가 있었기 때문이다.

췌도세포는 주변의 세포외기질과 혈관세포 간 상호작용을 통해 인슐린 분비를 조절한다. 

연구팀은 실제 췌장 조직에서 유래한 세포외기질과 기저막 단백질(라미닌, 콜라겐 IV)을 포함한 바이오잉크를 만들고, 여기에 3D 바이오프린팅 기술을 이용해 ‘HICA-V’ 플랫폼을 제작했다.

이 플랫폼은 줄기세포로 만든 췌도세포와 혈관을 정밀하게 배치해 실제 췌장의 구조를 거의 완벽하게 모사했다. 

HICA-V 플랫폼에서 배양된 췌도세포는 인슐린과 결합단백질 발현이 증가하며 실제 췌도와 유사한 기능적 특성을 보였다.

당뇨병과 유사한 환경에서 염증의 유전자 발현이 증가하는 등 생체 내 병리적 반응을 효과적으로 재현했다. 

이는 단순히 췌도세포의 성숙도를 높이는 데 그치지 않고, 당뇨병 치료제 개발 및 질환 연구에도 중요한 도구로 활용될 수 있음을 증명한 것이다.

장진아 교수는 “이번 연구에서 개발한 맞춤형 췌도세포 플랫폼은 실제 췌장 구조와 기능을 재현해 인공 췌도세포의 성숙과 기능 향상에 기여할 것”이라며 “이 플랫폼이 당뇨병 연구 및 치료제 개발뿐만 아니라 췌도세포 이식 치료의 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대한다”라고 전했다.

한편 이번 연구는 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 온라인판에 최근 게재됐다.