바이오프린팅, 정밀의학과 미래식품 산업 이끌 첨병

[이슈메이커=임성희 기자] 

 

바이오프린팅, 정밀의학과 미래식품 산업 이끌 첨병

 

이희경 전남대 융합바이오시스템기계공학과 교수 / 생체제조시스템연구실(사진=임성희 기자)

 

인공장기로 개인맞춤형 진료 가능
세포 농업과 약물 생산 기대

3D 바이오프린팅의 등장은 인공장기 기술의 혁신을 가져왔다. 바이오잉크를 사용해 사람의 생체조직과 장기를 인쇄할 수 있게 된 것이다. 환자의 줄기세포를 이용해 맞춤형 장기를 만들 수 있어, 정밀의학 발전에 큰 획을 그을 수 있는 기술이다. 최첨단의 주목받는 기술이다 보니, 많은 연구자의 도전이 이어지고 있고, 전남대 이희경 교수도 그 경쟁 속에서 자신만의 연구영역을 쌓아가고 있는 신진연구자다. 최근 그녀는 관상동맥을 구현해 내며 큰 주목을 받았다.

체외 아바타 모델로 환자 맞춤형 정밀의학 발전에 영향
인공장기라는 큰 영역에 오가노이드, 동물 장기, 3D 바이오프린팅 기술 등이 다 포함된다. 이희경 교수는 3D 바이오프린터를 활용한 인공장기를 연구한다. 3D 바이오프린팅 연구에서는 바이오프린팅에 적절한 바이오잉크 재료를 찾는 것이 핵심기술이다. 이 교수도 바이오잉크 관련 자신만의 기술을 보유하며 연구를 해나가고 있다. 10여 년 전 3D프린터가 첨단기술로 주목받던 때, 이희경 교수는 TV를 통해 바이오프린팅에 주목했다고 했다. “우리나라에서도 막 연구가 시작되던 시기였고, 제가 바이오프린팅에 관심을 보이자 지도교수님이 연구실에서 같이 연구해보자고 제안해주셔서 시작했던 것 같아요. 그때는 막연히 평소 해보고 싶었던 생명공학과 기계공학을 융합한 재밌는 미래기술이라는 생각에 시작했어요” 그렇게 그녀는 바이오프린팅 연구를 시작했고 당시 우리나라 인공장기 권위자였던 포스텍 조동우 교수 연구그룹에서 석박사 연구를 하며 연구경력을 쌓았다. “저는 석박사 동안 바이오프린터를 이용한 인공장기 개발, 의공학적 디바이스 개발을 연구했습니다. 임용되기 직전에 뇌종양을 생체모사 하는 모델을 개발했는데, 환자가 기증한 암세포를 이용해서 환자 맞춤형 뇌암모델을 개발했습니다. ‘특정한 환자가 이런 항암치료의 조합을 갖추면 치료될 수 있을까?’하는 아바타 모델인데요, 기존에는 동물을 이용했는데 저는 바이오프린팅 기술을 이용해서 체외형태의 아바타 모델을 개발했고, 좋은 성과를 얻으며 전남대에 부임할 수 있는 원동력이 됐습니다” 그녀는 현재 속한 전남대 융합바이오시스템기계공학과가 식물, 동물, 인간 등의 바이오 시스템을 대상으로 한 기계·인공지능·전기·전자·로봇·재료·바이오 공학을 다룬다며 전통과 현대, 미래의 기술이 융합된 첨단학과라고 소개했다. “제 연구가 의학적인 활용도 기대되지만, 바이오프린팅 기술을 수직농업이나 세포 농업에 응용해 우주 환경 같은 극한상황에서의 식품생산이나 식량부족 사태에 대응할 수 있고, 기능성물질만 뽑아내 만드는 약물 생산에도 도움을 줄 수 있습니다”

관상동맥 구현해 내며 차세대 스텐트 개발 기대
최근 이희경 교수가 동축 노즐 기반 바이오프린팅 기술을 이용해 체외에서 인간의 관상동맥을 구현하며 주목받았다. 이는 인간의 관상동맥 구조와 기능을 모사할 수 있는 혁신적인 기술이다. “가운데 구멍이 있는 두껍고 길쭉한 관상동맥을 구현하는 것이 쉽지는 않았습니다. 저는 콜라겐과 알긴산을 섞어 바이오잉크를 만들었고, 이는 생체친화성이 높으나 기계적 강도가 약한 하이드로젤이지만, 즉시 가교를 유도할 수 있는 수조와 직경이 서로 다른 두 개 이상의 노즐을 겹쳐서 사용하는 동축 노즐 시스템을 이용해 직선형이든 다양한 곡선형이든 만들 수 있어, 복잡한 혈관의 형태를 모사할 수 있는 특징이 있습니다. 이번 인간 관상동맥 체외모델은 실제 심혈관과 유사한 기능과 구조를 기반으로, 차세대 스텐트 개발 등 의학적 발전에 이바지할 것으로 기대됩니다” 그녀는 앞으로 더 나아가 혈관을 감싸는 근육층까지 모사해서 동맥경화나 혈전 등 혈관 질환을 연구할 수 있는 모델을 만들고, 심장근육과 통합한 심혈관 질환 모델 개발 계획을 밝혔다.

이희경 교수는 “우리 학과는 디지털농업 전문인력양성 및 기술 개발사업이나 4단계 BK21 IT-Bio융합시스템농업교육연구단 운영을 통해 학생들이 다변화하는 학문에 잘 적응할 수 있도록 다이나믹한 환경을 조성하며 각 분야의 전문 교수님들이 인력양성 프로그램에 적극적으로 참여하고 있습니다”라고 학과의 우수성을 설명했다.(사진=임성희 기자)

 

“근육, 혈관, 신경세포 통합모델로 다양한 질병에 응용 가능한 플랫폼 만들고파”
신경퇴행성 질환은 현대 의학으로 명확한 치료 방법을 찾을 수 없는 난치병으로, 인간의 세포를 이용한 질병 모델의 부족으로 연구가 활발하지 않은 분야이기도 하다. 이에 이희경 교수는 혈관화된 근육 모델의 개발 경험을 바탕으로, 신경까지 통합된 모델을 만들고 싶다는 바람을 피력했다. “근육, 혈관, 신경세포 이 3가지를 모사할 수 있는 바이오프린팅 기술을 개발해서 이를 통합한 플랫폼을 만들고 싶습니다. 그러면 혈관-근육 질환에 대한 대응이 가능하고, 더 나아가 신경퇴행성 질환 같은 난치병을 연구할 수 있는 좋은 토대가 만들어질 수 있습니다. 여기에 환자 유래의 세포를 응용하게 되면, 지금은 각 질병을 모사하는 단계지만, 앞으로는 환자 맞춤형 정밀의학의 주요 수단이 될 것입니다” 전남대 융합바이오시스템기계공학과는 교육부 스마트팜 분야 첨단학과로 지정됐으며, 한국연구재단(과학기술정보통신부) 그린바이오혁신융합대학 사업에 참여하고 있다. 첨단 농업 기계, 농업 로봇뿐만 아니라 농업바이오, 의약바이오, 제약바이오 등 농생명과학과 공학적 지식을 겸비한 융합형 전문 인재 양성에 앞장서고 있다. 이희경 교수는 우수신진연구자사업을 수행했으며, 심혈관 환자맞춤형 차세대 정밀의료기술 선도연구센터(지역혁신 선도연구센터), 바이오의료기술개발사업, 미래유망융합기술파이오니어사업을 수행하고 있다. 또한 산업기술알키미스트프로젝트, 바이오산업핵심기술개발사업을 수행하고 있다.  
  이 교수는 경쟁이 심한 바이오메디컬 분야지만 경쟁보다는 협력하는 마음으로 많고 다양한 기술들을 접해 자신만의 연구영역을 구축하고 싶다고 말했다. “받아들이고 공유하면서 더 좋은 기술의 발전을 이룰 수 있다고 생각합니다” 인공장기로 건강한 인류를 위해 공헌하고, 농산물을 공산품화할 수 있는 기술개발로 미래식품에 이바지하는 이희경 교수의 활약을 기대해본다.