셀룰로스 바이오잉크가 3D 약물 전달 시스템을 발전시키고 있다

When it comes to medicine, natural products have been part of the pharmacopeia since the dawn of civilization, with plants often forming the basis of effective therapies before the invention of chemical drugs.

생물학적 화합물을 사용하는 한 가지 장점은 환자의 몸과 잘 상호작용한다는 점입니다. 이것이 오래전 목재나 상아와 같은 재료가 일부 보철물에 사용되었던 이유이기도 합니다.

현대에 들어서 연구자들은 의료 응용을 위해 석유 기반 폴리머를 대체할 수 있는 바이오재료의 잠재력을 탐구하고 있습니다.

파키스탄 고말 대학교와 중국 장쑤 대학교 연구진이 최근 발표한 논문은 목재를 구성하는 분자 중 하나인 셀룰로스가 3D 프린팅과 결합되어 약물 전달, 연부 조직 3D 프린팅 및 상처 치유에 사용할 수 있는 바이오잉크를 만드는 데 어떻게 활용될 수 있는지를 조사하고 있습니다.

They publish their results in the journal Next Materials¹, under the title “From biomass to biofabrication: The role of cellulose in sustainable 3D-printed drug delivery system and tissue regeneration”.

셀룰로스: 궁극적인 지속 가능한 바이오재료

While cellulose is produced in especially large amounts by trees for the structural elements of wood, it is an almost omnipresent compound in most plants. As such, it is extremely sustainable, being quite literally produced through photosynthesis out of thin air (CO2), water, and sunlight. Which is why it is also quite cheap, as illustrated by the low cost of mass-produced paper, made of cellulose fibers. Cellulose is also biocompatible and biodegradable.

포도당 중합체인 셀룰러스도 3D 프린팅이 가능하여 의료 분야에서 많은 새로운 응용을 열어줍니다.

출처: ScienceFacts

In this study, the researchers explore the potential of 3D-printed cellulose for many applications:

• 맞춤형 약물 전달 시스템.
• 손상된 장기와 조직을 복구하는 새로운 방법을 위한 조직 공학.
• 체내 환경을 재현한 인공 3D 프린팅 조직 모델에서 약물을 테스트합니다.

To do so, they reviewed scientific articles published from 2015 to 2025 that combined keywords such as “cellulose”, “nanocellulose”, “bacterial cellulose”, “3D bioprinting”, “bioinks”, “drug delivery”, “tissue engineering”, “hydrogels”, and “stimuli-responsive biomaterials”

셀룰러스를 의료 바이오재료로 만들기

셀룰러스 결정 조작

Cellulose can exist in two forms, with most cellulose materials existing with a mix of both forms of the molecules:

• 결정형: 더 높은 안정성과 기계적 강도를 가집니다.
• 비정질형: 구조가 덜 정형화되어 다른 분자와의 상호작용이 용이합니다.

Depending on the intended effect, both forms of cellulose can be useful for medical applications.

목표하는 효과에 따라 두 형태의 셀룰러스 모두 의료 응용에 유용할 수 있습니다.

보다 안정적인 결정형 셀룰러스는 체내에서 분해 속도가 느려 조직 공학 스캐폴드, 상처 드레싱, 지속적인 약물 전달 시스템 등 장기적인 기계적 무결성이 요구되는 응용에 유용합니다.

비정질형 셀룰러스는 효소 공격과 수분 흡수가 더 용이해 빠른 분해와 조직 재형성을 위한 생체 흡수가 촉진됩니다.

출처: Next Materials

This makes preparing the cellulose structure according to a specific application’s needs an essential part of any process looking to use it for medical purposes.

“셀룰러스 화학 및 미세구조를 맞춤화하는 것은 조직 공학 및 재생 의학 응용에서 스캐폴드 안정성, 세포 상호작용, 치료제 방출 프로파일 및 전반적인 바이오제조 성능을 최적화하는 데 필수적입니다.”

셀룰러스 기반 파생물

Besides pure cellulose, other compounds produced from cellulose also have medical potential. For example, carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), microcrystalline cellulose (MCC), and nanocellulose:

• CMC는 약물 조성물에서 안정제 및 증점제로 사용됩니다.
• HPMC는 약물을 서서히 전달하는 제어 방출 제형을 만드는 데 사용됩니다.
• MCC는 제약 정제 제조 시 뛰어난 충전제, 분해 및 결합 특성으로 알려져 있습니다.
• 나노셀룰러스는 넓은 표면적 덕분에 조직 공학 및 약물 전달 응용에 유용한 새로운 재료입니다.

In any case, bacterial cellulose is often preferred over plant-based cellulose due to its high purity, mechanical strength, water retention, and biocompatibility. It can be used as scaffolding for 3D bioprinting of both hard and soft tissues, from skin to heart muscle, as its microscopic structure mimics the extracellular matrix nanofibrous structures that support tissue regeneration.

출처: Next Materials

3D 바이오프린팅에서의 셀룰러스

바이오프린팅 방법

Bioprinting cellulose and tissues with a cellulose scaffolding can be done using a variety of methods, each better suited to a specific type of cellulose.

예를 들어, CNF가 풍부한 바이오잉크는 압출 기반 바이오프린팅과 특히 호환됩니다. 반면 잉크젯 바이오프린팅은 셀룰러스 바이오잉크와 작동하기 위해 점도 최적화가 필요합니다.

출처: Next Materials

Cellulose also does not need to be the sole ingredient in cellulose-based bioinks. Other biomaterials can be part of the mix to increase the survival of the cells incorporated in the bioink.

“젤라틴 및 알긴산 기반 바이오잉크에 셀룰러스 나노결정체를 추가하면 기계적 특성이 향상되고 세포 활성이 증가하여 이러한 혼합물이 다양한 조직 공학 용도에 적합해집니다.”

셀룰러스 바이오잉크 응용

Thanks to its tunable structure, cellulose can be a great solution to customize the speed and duration of drug delivery.

“3D 프린팅 및 전기방사와 같은 최신 가공 방법의 발전은 기계적 특성이 향상되고 방출 프로파일을 조절할 수 있는 셀룰러스 기반 약물 전달 장치를 만들 새로운 기회를 제공했습니다.”

For tissue engineering, cellulose creates a valuable scaffolding on which cells can attach, grow, and form new healthy tissues, as its porous nature allows for the interchange of nutrients and waste products while encouraging cell adhesion and proliferation.

예를 들어, 셀룰러스는 피부 및 연골 스캐폴드에서 세포외 기질을 모방하는 데 사용되어 조직 통합 및 세포 침투를 위한 플랫폼을 제공합니다. 또한 실험실에서 배양된 세포로 인공 조직을 생산하는 데에도 활용될 수 있습니다.

This method can be extended to the production of “organ-on-chip models”, a platform for drug testing that replicates in vitro the functioning of human organs.

또 다른 응용은 상처 치유입니다. 그래핀 옥사이드와 혼합될 때 셀룰러스는 뛰어난 항균 특성을 나타냅니다. 세포 이동 및 증식을 개선하는 스캐폴드 기능과 결합하여, 셀룰러스 바이오잉크는 특히 피부 조직 재생에 도움을 줄 수 있습니다.

출처: Next Materials

미래 개선 사항

Among future improvements can be the use of cellulose as a more durable scaffolding material, alongside a “sacrificial template”.

“젤라틴, Pluronic F127 또는 탄수화물 유리와 같은 희생 재료는 셀룰러스 함유 바이오잉크와 함께 공동 프린팅된 후 온도 변화, 용해 또는 세척 과정을 통해 제거됩니다. 이러한 설계된 다공성 구조는 두꺼운 바이오프린팅 구조물에서 세포 생존, 조직 성숙 및 혈관 형성을 크게 향상시킵니다.”

A key factor in scaling up any 3D bioprinting method using cellulose bioinks will also be the creation of a large and consistent supply of cellulose matching predictable and stable purification requirements, addressing sterilization challenges, and maintaining microscopic composition and uniformity.

바이오프린팅에 투자하기

3D Systems

(DDD )

3D Systems is a leader in 3D printing, with 1,000+ patents and the ability to 3D print 130 materials, producing more than a million parts daily. It is one of the world’s largest 3D printing companies alongside Nano Dimension (NNDM ) after a period of consolidation for the industry.

3D Systems는 2017년에 바이오프린팅으로 조기에 전환했으며, United Therapeutics (UTHR)와의 연구 협력을 통해 3D 프린팅된 장기와 조직을 개발했습니다. 또한 2020년에 CollPlant Biotechnologies (CLGN)와의 협력과 2021년 bio-ink 제조업체 Allevia 인수를 발표했습니다.

The bioprinting activity goes alongside the 3D printing of implants for surgeries, with a cumulative total of 3,000,000 serial-component medical devices produced, as well as customized dentures.

2025년 말까지 의료 부문은 회사 매출의 거의 절반을 차지했으며, 나머지는 주로 산업용 애플리케이션, 특히 항공우주 분야의 금속 3D 프린팅에 집중되어 2026년 1분기에 총 9,550만 달러를 기록했습니다.

2026년 초 긍정적인 EBITDA 덕분에 3D Systems는 급성장하는 금속 3D 프린팅 부문에서 선두주자이자 이미 의료 부문에 확고히 자리 잡은 점을 고려할 때, 바이오잉크와 3D 프린팅이 세 번째 수익원으로 성장할 잠재력을 가지고 있어 가장 “안전한” 3D 프린팅 주식 중 하나일 가능성이 높습니다.

참조 연구

^{1 . Asma Ashgar, et al. From biomass to biofabrication: The role of cellulose in sustainable 3D-printed drug delivery systems and tissue regeneration. Next Materials. 볼륨 13, 10월 D2026, 102601. https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2026.102601}