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Home > Research > Cell Printing
조직재생을 가속화시키기 위하여, 뼈, 신장, 간 등과 같은 실제 장기와 비슷한 구조를 가지도록 3차원으로 디자인한 틀에 바이오잉크 노즐에서 다른 종류의 세포와 세포의 성장인자, 바이오인공지지체 같은 성분이 3차원의 틀 모양대로 빠르게 분사, 주입되어 빠른 시간 내에 만들어짐. 이렇게 제작된 인공장기를 몸에 이식하면, 주입된 세포는 배양되어 조직으로 자라고, 바이오인공지지체는 효소에 의해 분해되어 없어지며 그 자리는 주변 조직이 재생/성장하여 실제의 장기 조직과 유사하게 채워짐.
Cell printing using a rapid 3D tissue/organ printing system.
From http://ims.postech.ac.kr
Organ-on-a-chip 개발: 칩 위에 여러 가지 인간의 장기를 마이크로 규모의 모형- 비장, 폐, 골 수, 근육, 심장 및 다른 조직-을 세워 물질대사 과정의 효과를 테스트하기 위해 간단한‘칩 위의 장기’를 제작하는 기술을 개발함.
약물 및 치료 연구에 대한 모델에도 Organ-on-a-chip 기술과 마이크로 장치에 여러 장기를 결합시킬 수 있음.
실제 장기와 유사한 구조양식을 가지도록 여러 가지 유형의 다중 세포를 CAD 기반으로 3D 조직 프린팅을 하는 생체공학 기술을 사용하며, 3D 프린팅 방법으로 조직의 기능성에 가변성이 적도록 하였으며, 조직의 조직화와 생존력 및 기능을 향상시키도록 장기 특이 스캐폴드 겔을 바이오잉크로 사용함.
세포 및 세포 기질 상호 작용을 촉진하는 3D의 생체모방 마이크로환경을 제공.
이 기술은 재현성이 높은 구조양식과 설계로 조직의 스캐폴드를 구축하고, 정밀하게 제어되는 컴퓨터 기반으로 제조한 스캐폴드는 정밀성과 재현성이 높게 됨.
세포를 제거한 간, 신장, 심장 스캐폴드를 써서 세포 생존율과 기능을 강화하기 위한 특정 소재로 사용될 수 있음.
세포외 기질에 필수적인 신호 분자, 세포 생존력, 기능에 대한 중요한 성장 요소를 제공하는 3개의 조직 시스템을 간, 신장, 심장 근육에 적용.
생체 환경을 모사하여 생체 환경 및 물질 전달 체계가 미리 설계된 조직/장기를 3차원 제작하여 조직/장기를 재생함.
전산화된 바이오프린팅(CBP) 기술을 이용한 3D organoid 구조 제작:
이 연구는 생물학적 과정들을 조사하고 치료 방법을 개발하기 위하여 장기 프린팅 기술로 생체모사 마이크로환경 조직 구조물을 얻기 위한 것임. 3D organoid 구조는 3D CAD 모델을 만든 후 미리 설계된 생체모방 구조양식에 세포를 넣는 방식으로 제작함. 3D CAD 모델은 분해공학(리버스 엔지니어링) CT, MRI 또는 조직학 이미지로 얻을 수 있음. 생체모방 구조는 3D 구조양식의 특성과 CAD 모델로 얻은 대상 장기의 마이크로유체 환경의 특성을 고려하여 설계할 것임.
Organoid 구조는 세포를 혼합한 하이드로겔과 합성 고분자의 동시 패터닝에 의해 제작할 것임. 하이드로겔 패터닝은 세포 증식과 분화를 위해 3D 생물 환경하에서 수행함. 자체 개발한 CBP 시스템을 써서 세포를 포함하는 4 가지 다른 생체물질로 3D 혼성 구조를 제작할 수 있음.
PCL(Polycaprolactone)과 젤라틴을 쓴 세포 전달 물질을 organoid 구조 제 작에 사용할 것임. 세포 전달 물질은 인공 세포외 기질 환경을 만들기 위하여 젤라틴과 천연 고분자(피브리노겐, 알지내이트, 세포외 기질 추출 겔)를 혼합하여 제조함.
3D 구조는 2D 패턴의 다중적층 양식으로 얻을 수 있음. 트롬빈과 염화칼슘 같은 교차물질을 3D 구조 안으로 넣어 천연 고분자가 겔을 형성하도록 하며, 최종 organoid 구조는 37 ℃의 세포배양배지에서 젤라틴을 녹여 제거하여 얻음.
마이크로유체 칩의 마이크로제작에는 소프트 리소그래피를 사용하는데, 마이크로 장기가 집적된 칩 어셈블리를 만드는 데 사용함. 소프트 리소그래피는 마이크로유체 칩 구조의 광패터닝과 실리콘 고무 복제의 과정을 거침. 마이크로 장기 프린팅과 마이크로유체 시스템의 통합에는 컴퓨터 제어에 의해 마이크로 칩 복제품 위에 위치 선정 및 유리 기판에 결합시키고 직접 프린팅 하므로 정확도가 높을 것으로 예상됨.
카세트-기반 플랫폼은 조직 구조물을 바이오프린팅 하는 1 cm2 표면적과 5 mm 깊이의 공간 내에 맞도록 디자인 함. 카세트는 매질의 유속과 조직의 대사 활성을 측정하는 데 쓰는 구조물로부터 흘러나오는 것을 수집하는 능력을 제어할 수 있는 마이크로유체 용량을 가짐.