금나노와이어를 뼈대로 줄기세포가 한 방향으로 자라도록 유도

상처에 인공근육 이식받은 생쥐 8주만에 감쪽같이 회복

1984년 인공지능과 로봇으로 인한 암울한 인류의 미래상을 보여줘 관객들을 사로잡은 영화 터미네이터가 최근 28년만에 원년 멤버인 아놀드 슈워제네거, 린다 해밀턴 등까지 참여한 ‘터미네이터: 다크페이트’로 돌아왔다. 사람처럼 늙는다는 설정의 원년 터미네이터까지 등장했지만 흥행몰이에는 실패했다. 터미네이터가 등장했을 때 과학자들이 관심을 가졌던 부분은 인공지능의 발달과 함께 인공근육이었다. 사람과 똑같은 외모 뿐만 아니라 인체 내부 근육도 실제와 비슷하게 만든다면 손상된 부분을 대체할 수 있기 때문이다. 그러나 지금까지 개발된 인공근육들은 대부분 금속물질이나 모터 등이 달려 있어 손상된 부위를 복원하기보다는 근육 기능을 강화하는데 초점이 맞춰져 있었다.

성균관대 바이오메카트로닉스학과, 전남대 의대 공동연구팀이 3D프린터를 이용해 실제 사람의 근육과 똑같은 근육섬유다발을 만드는데 성공했다고 27일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다.

살아있는 세포와 생체 친화적인 하이드로겔로 이뤄진 바이오잉크를 원하는 설계대로 층층이 분사하는 방식으로 세포나 조직을 만들어 내는 바이오프린팅 기술에서 가장 중요한 것은 생체 조직마다 서로 다른 해부학적 특징과 생리학적 기능을 어떻게 실제와 가깝게 구현해 내는가 하는 점이다.

많은 과학자들은 근육조직을 3D프린터로 구현해 내려고 했지만 세포가 한 방향으로 배열된 근섬유다발 형태로 자라게 만들기가 어려워 곤란을 겪어왔다.이같은 문제를 해결하기 위해 연구팀은 금 나노와이어를 이용해 바이오잉크 내에 포함된 지방줄기세포가 자라나는 방향을 제어하는 방식을 착안해냈다. 화분에 지지대를 꽂아놓으면 식물들이 그에 따라 뻗어가는 원리이다.

연구팀은 지름 30㎚(나노미터), 길이 4500㎚의 금 나노와이어를 따라 바이오잉크를 분사해 지방줄기세포들이 근육세포처럼 한 방향으로 분화해 자라도록 유도했다. 금 나노와이어를 따라 자라도록 배양한 인공근육세포는 기존 방식의 인공근육세포 제작방식에 비해 초기 생존율이 90%가 넘어섰다. 또 이렇게 만들어진 인공근육을 턱관절 근육과 두개골 옆쪽을 감싸고 있는 측두근에 길이 3㎝, 폭 1㎝ 가량의 커다란 외상을 입은 쥐에게 이식한 결과 8주 뒤 실제 근육처럼 재생되는 것이 확인됐다.

김근형 성균관대 교수는 “이번 연구는 3D 인공근육 내에 배열된 금 나노입자가 세포를 일정한 방향으로 성장하도록 유도하고 실제와 유사한 근육세포를 만들어 냈다는데 의미가 크다”며 “이번 기술을 바탕으로 골격근 이외에도 심장근육, 인체의 다양한 세포조직을 인공적으로 만들고 재생하는데 도움을 받을 수 있을 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr