생체모방 인공심장조직 개발
많은 연구자들이 수 십년 전부터 사람의 심장을 대체할 수 있는 완전한 인공심장을 개발하기 위해 노력해 왔지만 아직 갈 길은 멀다. 최근 우리나라 연구원이 완전한 인공 심장조직 개발에 한 발 다가서는 의미있는 연구결과를 권위 있는 국제학술지인 ‘美과학원회보 (PNAS)’ 온라인판에 게재하여 주목을 받고 있다.
在美 과학자인 김덕호 연구원(35)은 나노바이오 및 의생명공학기술을 결합하여 심장질환 치료 및 재생 연구에 응용가능한 생체모방 인공 심장조직을 개발하였다. 또, 우리 몸 속의 심장 내에 존재하는 나노섬유다발 구조를 모사하여 심장조직의 자기형성, 근수축 및 전기생리기능이 어떻게 나노수준에서 제어, 결정되는지를 밝혔다.
이 연구는 김덕호 연구원이 소속된 미국 존스홉킨스 의과대학 의생명공학연구팀과 서울대학교의 서갑양 (38) 교수 연구팀에 의해 공동으로 진행되었다.
연구팀은 심장조직 내 나노섬유다발 구조를 모사한 나노지지체를 제작하여 천연 심장근육과 유사한 근수축, 전기생리 기능 응답성을 가지는 인공 심장조직을 개발하였다. 또한 개발된 심장조직의 여러 기능이 나노미터 (nm=10억분의 1 m) 수준의 미세한 지지체 구조인자 변화에 민감하게 제어될 수 있음을 최초로 밝혔다.
김 연구원은 “기존의 배양 접시 (Petri dish) 에서 자란 심장 근육 세포는 실제 생명체의 심장과 생리적인 특성에 상당한 차이를 보여서 심장질환 연구모델로 사용하는데 한계가 있었다”며, “이는 생체심장조직 내 미세한 나노물리구조 환경인자를 세포배양조건에서 고려하지 않은 결과에서 기인한다는 가설에서 연구가 출발되었다”고 말했다.
연구팀은 개발한 인공 심장조직을 이용하여 심장 질환에 대한 새로운 치료법이나 진단 테스트 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다. 개발된 나노지지체는 미국식품의약안정청 (FDA) 에서 승인한 폴리에틸렌 글리콜 재료를 사용하여 필요 시 인체이식이 가능하며, 관련 미국특허가 출원된 상태이다. 한편 심장근육의 비등방성 근수축을 모사한 구동기 및 생체모방로봇 개발 등에도 응용될 수 있다는 전망이다.
이 논문의 제1 저자인 김 연구원은 POSTECH 기계공학과에서 학부, 서울대 기계항공공학부에서 석사과정을 마치고 한국과학기술연구원 (KIST) 연구원을 거쳐 2005년부터 존스홉킨스의과대학 의생명공학과 박사과정에 재학 중이다. 또한 서갑양 교수는 서울대 기계항공공학부에서 나노바이오 및 생체모방 분야를 연구하고 있으며 최근에는 게코 도마뱀의 발을 응용한 ‘건식 접착 소재’를 개발하여 이를 상품화하는 중이다.
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