((a) PCL sponge 26 w/v%, 15 cm, 20 kV, and 10,000 µL/h, 26 °C, 60% humidity, SEM image showing roughness of fibers. (b) SEM fibers 80:20 PCL/gel 24 w/v% on foil, 24 °C, 31% RH, 1500 µL/h, 15 cm, 22 kV showing webbing and (c) 80:20 PCL/gel sponge 24 w/v%, 78% RH, 30 °C, 1500 µL/h, 15 cm, 22 kV showing loss of webbing and fiber porosity. Images were taken with a field view of 15 µm. Credit: Nanomaterials (2023). DOI: 10.3390/nano13243107)
피부는 단순히 우리 몸의 껍데기가 아니라 우리 몸을 보호하고 항상성을 유지하는 데 핵심 기능을 하는 조직입니다. 따라서 화상 등으로 인해 피부의 상당 부분이 손상되면 생명이 위험해집니다. 이럴 때 피부 이식이 도움이 될 수 있지만, 이식에 필요한 환자 자신의 피부를 구하기가 쉽지 않습니다.
따라서 과학자들은 환자의 세포를 배양해서 인공 피부를 만들 수 있는 기술을 연구해왔습니다. 하지만 환자는 당장에 이식할 피부가 급한데 반해 조직의 성장 속도는 빠르지 않아 실제로 적용하는데 한계가 있었습니다. 영국 서리 대학의 클로에 하워드(Chloe Howard, from Surrey's School of Computer Science and Electronic Engineering)가 이끄는 연구팀은 전기방사 (electrospinning) 기술을 이용한 스펀지 같은 3차원 구조 거푸집을 이용해서 피부 세포를 더 빠르게 배양하는 방법을 개발했습니다.
피부는 아무리 얇더라도 조직 단위에서 보면 3차원적으로 복잡한 구조를 지니고 있습니다. 따라서 2D 필름이나 매트 같은 2차원 구조에서 배양할 경우 실제 조직과 비슷한 두께와 형태로 자라는 데 많은 시간이 필요했습니다. 연구팀은 폴리머를 유기용패를 이용해서 액체상태로 녹인다음 고전압을 걸어주어 전기적 힘을 이용해 미세한 섬유를 만드는 기술인 전기방사 기술을 적용해 스펀지 같은 형태의 3차원 거푸집을 만들었습니다 (사진)
이렇게 만든 전기방사 스펀지 안에서 세포를 배양한 결과 과거 2차원 구조물에서 배양했던 것보다 두 배나 빠른 속도로 세포를 배양할 수 있었습니다. 전기방사에 사용한 폴리머 소재는 폴리카프로락톤 polycaprolactone (PCL)으로 생분해성 폴리머이기 때문에 조직이 다 자란 후에는 저절로 사라지게 됩니다.
연구팀은 이 기술이 세포 배양 이외에도 다른 의학 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 실용적인 인공 피부 기술을 만들기까지는 많은 시간과 투자가 필요하겠지만, 최근 급격히 발전하고 관련 기술을 생각하면 언젠가는 실용화가 가능할 것으로 기대합니다.
참고
https://phys.org/news/2024-02-lab-spun-sponges-scaffolds-skin.html
Chloe Jayne Howard et al, The Manufacturing Conditions for the Direct and Reproducible Formation of Electrospun PCL/Gelatine 3D Structures for Tissue Regeneration, Nanomaterials (2023). DOI: 10.3390/nano13243107
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