바이오전기 스캐폴드를 이용한 약물 개발 – 3D 프린팅의 또 다른 활용 사례

3D 프린팅은 맞춤형 부품을 만드는 수준을 넘어 세포가 자랄 수 있는 조직 지지체를 만드는 데에도 쓰인다. 워싱턴대학교 세인트루이스 연구진은 전기가 통하면서도 연조직처럼 부드러운 하이드로젤 지지체를 인쇄하는 방법을 발표했다. 이는 약물 연구나 세포 활동 관찰에 활용될 수 있는 실험실 기술이며, 환자에게 바로 적용하는 치료법이 입증된 것은 아니다.

전통적인 조직 개발 방법

신약 개발과 독성 연구에는 인체 조직의 반응을 가깝게 재현하는 모델이 필요하다. 기존 방식에서는 세포를 지지체 위에서 배양하지만, 지지체의 단단함과 구조가 실제 조직과 다르면 세포의 행동도 달라질 수 있다.

혈액 세포

지지체의 구멍과 표면은 세포가 붙고 자라는 방식을 좌우한다. 연구진은 전기적 신호를 다룰 수 있으면서 세포에 적합한 부드러운 환경을 만드는 데 초점을 맞췄다.

바이오전자공학

바이오전자공학은 전자적 기능을 생물학적 시스템과 결합하는 분야다. 전기를 전달하는 지지체는 장차 세포 활동을 자극하거나 측정하는 데 도움이 될 수 있지만, 특정 질환을 치료할 수 있는지는 별도 연구가 필요하다.

바이오전자공학에는 전기 신호를 이용해 생체 활동을 관찰하거나 조절하려는 연구가 포함된다. 하지만 과거의 전기 자극 사례가 오늘날의 3D 프린팅 지지체의 안전성이나 치료 효과를 입증하는 것은 아니다.

오늘날에는 센서, 전극, 생체 재료를 결합하는 다양한 방법이 연구되고 있다. 연구 목적과 장치에 따라 필요한 재료 특성 및 안전성 기준이 다르다.

바이오전자공학의 단점

많은 전도성 재료는 연조직보다 지나치게 단단하다. 이런 차이는 세포의 형태와 증식에 영향을 줄 수 있어, 전기가 통하면서도 부드러운 3차원 지지체를 만드는 것이 과제였다.

바이오전기 스캐폴드 연구

최근 발표된 연구¹는 《Advanced Materials Technologies》에 실렸다. 연구진은 연조직에 가까운 강성과 세포가 자랄 수 있는 구조를 동시에 갖춘 3D 프린팅 지지체를 시험했다.

PEDOT: PSS,

연구진은 전도성 고분자인 PEDOT:PSS를 포함한 하이드로젤을 사용했다. 이 재료를 3D 프린팅한 뒤 여러 연조직과 관련 있는 100 kPa 미만의 강성을 얻는 방법을 제시했다. 이는 전기 기능과 세포 친화적인 기계적 환경을 결합하려는 시도다.

이 겔은 150~300 마이크로미터 크기의 많은 기공을 가지고 있습니다. 육안으로 볼 때 스캐폴드는 6mm 너비의 어두운 색 점처럼 보이며 별다른 용도가 없어 보입니다. 그러나 이러한 기공은 건강한 세포 성장을 촉진하는 중요한 구성 요소입니다.

기공의 크기와 배열은 세포가 안쪽으로 들어가고 증식하는 데 영향을 준다. 연구팀은 구조를 조정해 세포의 형태, 생존 및 증식을 관찰했다. 특정 크기의 기공 하나가 모든 세포와 조직에 적합하다는 뜻은 아니다.

바이오전기 스캐폴드 테스트 결과

시험한 지지체는 배양 조건에서 형태와 전도성을 유지했고, 세포 생존율과 형태 및 증식에 적합한 환경을 제공했다. 논문은 실험실에서 만든 지지체의 특성을 보고한 것으로, 약물 시험 정확도나 인체 이식의 안전성이 임상적으로 입증됐다는 뜻은 아니다.

바이오전기 스캐폴드의 장점

핵심 장점은 필요한 형태를 인쇄하고 재료의 물성과 기공을 조정할 수 있다는 점이다. 이 접근법은 세포와 전자 장치를 결합하는 후속 연구의 기반이 될 수 있다. 실제 사용 가능성과 비용은 추가 검증이 필요하다.

더 빠르게

3D 프린팅은 원하는 지지체 구조를 반복해서 만들 수 있어 제작 과정을 체계화하는 데 도움이 될 수 있다. 하지만 기존 조직 배양법보다 항상 빠르거나 저렴하다는 비교 결과가 이 논문에서 확립된 것은 아니다.

유연성

연구진은 지지체의 구조와 재료 특성을 조절할 수 있다고 설명했다. 세포 종류와 연구 목적에 맞게 기공과 강성을 바꾸는 것이 가능할 수 있으나, 각 조건에서 생체 적합성을 다시 확인해야 한다.

접근성

맞춤형 지지체를 인쇄할 수 있으면 연구실에서 다양한 3차원 세포 모델을 시험하기 쉬워질 수 있다. 다만 장비, 재료, 멸균 및 품질 관리 비용까지 평가해야 접근성이 높아졌다고 말할 수 있다.

바이오전기 스캐폴드 적용 분야

앞으로 조직 칩, 약물 반응 연구, 독성 시험, 세포의 전기적 활동을 살피는 실험 등에 응용할 수 있다. 이 지지체만으로 심박조율기나 이식형 의료기기를 곧바로 제작할 수 있다는 뜻은 아니다.

향후 지지체 연구는 세포의 전기적 활동을 측정하는 조직 모델 등에 도움을 줄 수 있다. 그러나 이 논문은 이식형 심박조율기나 의료기기를 제작하고 시험한 연구가 아니다.

세포 활동을 더 자세히 관찰하는 연구로 이어질 수 있지만, 질병 진단과 치료에 적용하려면 장기간 안정성, 안전성, 정확성, 규제 요건을 각각 검증해야 한다.

바이오전기 스캐폴드 연구자들

이 연구는 워싱턴대학교 세인트루이스의 Somtochukwu Okafor와 Alexandra Rutz를 비롯한 공동 연구진이 수행했다. 논문에는 PEDOT:PSS 지지체의 제작 방법, 연조직과 유사한 강성, 배양 세포의 반응이 보고돼 있다.

선도적인 바이오테크 기업

바이오전자공학 연구와 제약 산업은 서로 접점이 있지만, 이 지지체 기술이 특정 기업의 제품이나 매출로 이어진다는 근거는 없다. 아래 기업은 생명공학 분야의 별도 사례이며 이 논문의 지지체를 개발한 회사가 아니다.

Vertex Pharmaceuticals

Vertex Pharmaceuticals (VRTX )는 Joshua Boger가 1989년에 설립했다. 회사는 낭포성 섬유증 치료제와 유전자 편집 치료제를 개발해 왔다. 지지체 연구와 회사의 사업을 직접 연결해 해석해서는 안 된다.

출시 이후, 이 회사는 낭포성 섬유증과 같은 세포 질환을 치료하기 위해 설계된 Kalydeco, Orkambi, Symdeko, Trikafta/Kaftrio 등 여러 약물에 대해 FDA 승인을 획득하는 데 성공했습니다. 따라서 이 회사는 시장에서 새로운 바이오테크 솔루션을 선도하고 있습니다.

Vertex는 유전자 편집 치료제를 비롯한 여러 의약품과 연구 프로그램을 보유하고 있다. 이 기사에서 다루는 지지체 논문은 Vertex의 연구 프로그램이나 제품 성과를 평가한 자료가 아니다.

Vertex의 주식을 평가할 때는 실제 제품, 연구개발, 재무 상태와 위험을 따로 검토해야 한다. 이번 3D 프린팅 지지체 논문이 Vertex의 주가나 수익 증가를 보장하지 않는다.

바이오전기 스캐폴드의 밝은 미래

전도성 PEDOT:PSS 하이드로젤을 부드러운 3차원 지지체로 인쇄한 연구는 세포 모델과 바이오전자공학에 새로운 방법을 제시한다. 향후 약물 개발과 독성 평가에 유용할 가능성이 있지만, 현재 결과는 실험실 수준의 재료 및 세포 연구다.

다른 3D 프린팅 연구도 살펴보세요 여기를 클릭하세요.

연구 참고문헌:

^{1. Okafor, S. S., Park, J., Liu, T., Goestenkors, A. P., Alvarez, R. M., Semar, B. A., Yu, J. S., O’Hare, C. P., Montgomery, S. K., Friedman, L. C., & Rutz, A. L. (2025). 3D 프린팅 바이오전기 스캐폴드와 소프트 조직과 유사한 강도. Advanced Materials Technologies. https://doi.org/10.1002.admt.202401528}