KBSI, 3차원 하이드로젤 관련 새로운 연구결과 잇따라 발표 즉석밥처럼 필요할 때 꺼내쓸 수 있는 3차원 복합 생체재료칩 제작, 다수의 하이드로젤 동시다발적으로 가교하는 새로운 방법 개발 생체모사칩 대량생산 및 유통 계기 마련, 약물평가에 중요한 시사점 제시
연구자 사진_(왼쪽부터) KBSI 김정아 박사 (교신저자), KBSI 김민경 박사후 연구원(논문 1 주저자), KBSI 백규림 학생연구원 (논문 2 주저자)
국내 연구진이 3차원 세포배양용 하이드로젤을 이용한 새로운 결과를 잇따라 발표하여 학계의 주목을 받고 있다. 하이드로젤*은 높은 생체적합성을 가진 수용성 고분자 화합물로 의학, 약학 등 다양한 분야에 대한 응용 연구가 활발하게 진행되어 온 매력적인 물질로서 생체모사분야의 주목을 받고 있다. * 하이드로젤 : 고분자 화합물이 그물망 형식으로 가교되어 있고, 물에 닿으면 쉽게 팽윤되는 성질이 있음. 다공성 구 조 및 높은 친수성, 생체적합성 특징을 가짐.
한국기초과학지원연구원(원장 양성광, 이하 KBSI)은 연구장비개발부 김정아 박사 연구팀이 최근 하이드로젤이 내장된 3차원 복합 생체재료칩 제작 공정법 및 다수의 하이드로젤을 동시에 가교하는 새로운 방법을 개발하여 향후 하이드로젤 기반 3차원 세포 및 조직 배양 연구에 중요한 계기를 마련하였다고 19일 밝혔다. 
그림 1. [논문1] 연구 프로세스_ 하이드로젤이 탑재된 3차원 생체재료 복합칩 제조 및 3차원 세포배양 프로세스
그림 2. [논문1] 연구과정 이미지_ (A) 간에서 추출한 탈세포 세포외기질로 제작한 복합 생체재료칩, (B) 단백질 성분분석 및 (C) 이를 이용한 간독성 약효평가
그림 3. [논문1] 연구모식도_복합 생체재료칩 대량 유통계기 마련 및 활용가능성을 보여주는 모식도
KBSI 연구팀은 하이드로젤을 생체모사용 칩에 내장한 후 가공 및 동결시키는 제작 공정을 적용하여 한 달 이상 보관과 운송에 지장을 받지 않는 복합 생체재료칩을 개발하고 이를 약물평가를 위한 플랫폼으로 활용하는 가능성을 입증하였다. 이를 통해 기존 복잡한 시료 준비 과정과 외부 환경 영향 등으로 인한 재현성 있는 3차원 생체 모델 제작의 어려움을 해결했을 뿐 아니라 향후 3차원 복합 생체재료칩의 대량 생산 및 유통 그리고 일반사용자의 3차원 생체모델 제작도 손쉬워질 전망이다. 
그림 4. [논문2] 연구과정 대표이미지_ (A) 웰플레이트 기반 하이드로젤 광가교장치 사진, (B) 장치에 의한 서로 다른 물성을 가진 시료 라이브러리 동시확보 및 (C) 골다공증 약물평가에 활용 KBSI 연구팀은 또한 재현성 높은 약물평가용 생체조직모델 샘플 제작을 위해 가장 중요한 요소 중 하나인 하이드로젤의 빠르고 안정적 가교를 위해 다수의 하이드로젤 시료를 동시다발적으로 가교하는 ‘웰플레이트 기반 광(光)가교 시스템’을 개발하고 골다공증 약물평가에 적용하였다. 연구팀은 광(光)가교 시스템으로 확보된 다양한 기계물성을 갖는 시료 라이브러리 제작을 통해, 줄기세포가 골세포로 분화하는 단계에서 골다공증 약물치료제를 처리하였을 경우 그 반응 양상이 다름을 확인하였다. 즉, 특정 약물의 정확한 효능 검증 및 분석을 위해서는 생체조직의 다양한 기계적 물성을 고려한 분석의 필요성을 입증한 중요한 결과이다.
김정아 박사는 “KBSI에서는 현재 동물대체시험모델 개발을 목표로 효율적인 분석이 가능한 장치시스템 개발과 실험모델, 데이터 분석법을 고안하는 빅사업 연구를 수행하고 있다”면서, “이번 하이드로젤 기반 두 연구 결과 중 하나는 미리 제작된 생체칩을 즉석밥같이 사용자에게 제공하는 방법이 가능해져 개인의 맞춤 약물평가에도 활용할 수 있을 것이며, 다른 하나는 우리가 만든 광가교 시스템을 통해 약효 평가를 위한 시험모델 제작에 유용하게 쓰일 것”이라고 밝혔다.
본 연구결과는 KBSI 분석연구장비개발 과제의 지원으로 수행됐으며, 최우수 학술지인 Biofabrication 誌 [1. 논문명: A long-term storable gel-laden chip composite built in a multi-well plate enabling in situ cell encapsulation for high-throughput liver model, IF=9 JCR 상위 11.3%, KBSI 김민경 (제1저자), 김정아 (교신저자)] [2. 논문명: A well plate-based GelMA photo-crosslinking system with tunable hydrogel mechanical properties to regulate the PTH-mediated osteogenic fate, IF=9 JCR 상위 11.3%, KBSI 백규림 (제1저자), 김정아 (교신저자)]에 2월 온라인 동시 게재됐다. <끝> | 
