Biofabrication and Translational Medicine Laboratory에서는 인간의 무병장수를 위한 바이오 인공 장기(Bioprinted Organ on Demand)의 제작기술을 개발하고 있습니다.

혁신적인 바이오프린팅 기술을 적용하여 인체 장기 이식 및 평가를 대체할 수 있는 환자 맞춤형의 기능성 인공 장기를 제작하여 효과적이고 새로운 치료방법 및 의료기술을 제시하고자 합니다.

환자 유래의 세포, 생체적합성이 뛰어난 조직 특이적 바이오잉크 및 고정밀 적층제조가 가능한 바이오프린터를 활용하여 심혈관 질환, 당뇨, 암, 뇌/간/장 질환과 같은 난치성 질환을 타겟으로 실제 미래의 의료 산업에 직접적으로 적용될 수 있는 연구를 진행하고 있습니다.

인체유래 장기의 경우, 접근성이 현저히 낮고 수급이 일정하지 않아 실제 장기 이식 및 치료를 기다리는 환자 수에 결코 충족하지 못합니다.

환자의 맞춤형 치료를 위해서는 필요한 시기에 적절히 이식이 가능한 인공 장기가 필요한 상황이며, 환자마다 개개인의 약물 반응성 역시 다르기 때문에 환자에게 가장 적합한 약물의 조합들을 발굴해내는 시스템 또한 절실히 필요합니다. 이를 가능하게 하기 위해, 환자유래의 줄기세포를 이용해 체외에서도 환자의 특성을 잘 나타낼 수 있는 세포를 포함하여 실제 조직이 갖는 특이적인 구조와 기능을 3차원으로 재현해낼 수 있는 시스템이 요구됩니다.

3D 바이오프린팅 기술은 실제 환자의 CT 데이터 접목이 가능할 뿐만 아니라, 치료가 필요한 타겟 조직의 형상을 코드로 입력하면 원하는 형태대로 환자 유래의 세포 및 면역 거부 반응이 없는 세포 치료제를 탑재한 바이오잉크를 적층하여 고기능성 인공장기의 제작을 가능하게 합니다.

기존의 동물유래 장기 및 모델이 갖고 있던 인체와의 생리학적 간극과 윤리적인 문제를 극복할 수 있는 인체 유사 모델을 바이오프린팅 기술을 통해 제작하고(Biofabrication), 이를 활용하여 실제 환자의 치료에도 이어질 수 있게끔(Translational medicine) 적극적인 연구가 필요합니다.

대표적인 연구전략은 제작하고자 하는 목표 장기의 세포외기질과 동일한 미세환경을 도입하여 프린팅된 조직/장기의 기능을 극대화하는 것입니다. 이를 위해 탈세포화된 세포외기질과 세포를 혼합하여 프린팅이 가능한 바이오잉크를 제조하고 있으며 심장, 연골, 지방, 혈관, 췌장, 간, 대장, 신장, 식도 및 위 등 총 16가지 이상의 조직 특이적 바이오잉크의 개발 및 인공장기 제조 유효성을 검증하며 해당분야의 독보적인 기술력을 보유하고 있습니다.

인공장기를 체내에 이식하는 경우 목표 장기 고유의 세포 배열 및 형상(예. 구형, 도관형, 판형 등)을 모사하여 제작된 인공장기의 기능을 극대화할 수 있습니다.

대표적인 성과로, 심근경색 치료를 위한 바이오프린팅 기반 다양한 혈관화 줄기세포 패치 관련 연구, 응집체 형상의 줄기세포 이식체 개발, 도관형 장 모사체 개발, 관류 가능한 혈관이 결합된 호흡상피 모사체 개발, 장성 과수산 뇨증 모사를 위한 신장-장 다중장기 모사체 개발 및 이식 가능한 수준의 투명도와 강도를 가진 바이오 각막 제작 연구를 수행하고 있습니다.

이처럼 바이오프린팅 기술은 수백 마이크로 스케일의 조직 모듈에서 센티미터 스케일 이상의 장기 구조까지 다양한 범위의 살아있는 구조를 제작할 수 있습니다.

연구 목표는 바이오프린팅 기술을 적용하여 인체 장기 이식 및 평가를 대체할 수 있는 환자 맞춤형의 기능성 인공 장기를 제작하여 효과적이고 새로운 치료방법 및 의료기술을 제시하는 것입니다.

연구실에서 개발한 탈세포화된 조직 유래의 dECM(Decellularized tissue-derived bioink) 바이오잉크는 수천가지의 단백질로 구성되어 있어 단일 성분으로 구성된 콜라젠 바이오잉크 대비하여 세포의 생물학적 활성과 기능을 극대화하여 조직의 재생과 성숙화를 촉진시킬 수 있습니다. 이를 실제 임상에 적용할 수 있도록 상용화 단계를 목표로 연구를 진행하고 있으며 바이오잉크와 더불어 면역 거부 반응이 없는 세포 치료제를 도입한 이식 가능한 멀티 스케일의 인공 장기를 제작/조립하여 실제 장기와 유사한 스케일로 기능을 고도화 할 수 있는 바이오프린팅 기반의 원천적인 기술개발 및 Smart Organ Manufacturing 시스템 구축을 적극 활성화할 계획입니다.

또한 제작한 인공장기의 성숙도를 촉진하고 평가할 수 있는 전기/화학적 센서를 통합하는 Biohybrid System의 개발 및 다차원의 형상 pre-programming이 가능한 4D bioprinting의 영역을 확장하고자 합니다.

서울아산병원, 서울성모병원, 세브란스병원를 포함하여 Harvard Medical School, Georgia institute of Technology, University of Otago 등 해외 우수 연구진들과 한국생산기술연구원, 재료연구원, 국내 연구팀과 함께 인공장기개발 연구를 진행하고 있으며 바이오프린팅 인공장기 응용기술센터를 구축하여 프린팅 및 줄기세포 기반의 응용 기술개발의 경쟁력을 높이고 있습니다.

RIST, BioBricks, Aspect Biosystems, Xcell, EdmicBio, T&R Biofab과 같은 기업체와의 긴밀한 연구를 통해 임상에 적용가능한 잉크 및 조직 재생용 패치 등을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.