| 초록 |
1. 개요 바이오잉크(bioink)는 보통 원하는 세포들과 생체재료가 포함된 용액 또는 수화젤(hydrogel) 형태를 말한다. 바이오잉크는 기능성 조직과 기관 구조체를 프린팅하는 데 있어 매우 중요하다. 바이오잉크는 주로 세포를 포함한 형태를 말하며, 생체재료 바이오잉크(biomaterial bioink)는 세포를 포함하지 않은 고분자 전구물질 및 용액을 말하고 보통 구조체를 만든 후에 세포를 주입한다.[1] 생체재료 바이오잉크는 기계적 물성이 좋은 구조체를 프린트할 수 있는 장점이 있으나 프린팅 후 세포를 주입하기 때문에 균일하게 세포를 분포시키기가 쉽지 않은 단점이 있다. 이에 반해 세포를 포함한 바이오잉크는 구조체를 프린팅함과 동시에 세포들이 함께 프린팅되어 세포 분포가 균일한 구조체를 얻을 수 있다. 다만 프린팅 프로세스는 세포의 활성도와 성장에 영향을 미친다. 보통의 1kPa 미만으로 탄성률이 낮은 수화젤 안에서 세포들은 좋은 활성과 성장을 보인다. 기본적으로 바이오잉크는 프린트된 구조체의 구조적 기계적 물성을 제공해야 하며 포함된 세포의 부착, 성장, 분화를 돕는 역할을 해야 한다. 또한 바이오잉크는 삼차원 프린트된 구조체 안에서 내부에 채널을 생성해 혈관 조직을 만들어야 한다.[1, 2] 바이오잉크용으로 사용된 고분자들은 천연고분자로서 콜라젠(collagen), 실크(silik), 알긴산(alginate), 덱스트란(dextran), 젤라틴(gelatin), 피브린(fibrin), 아가로스(agarose), 키토산(chitosan), 젤란 검(gellan gum), 히알루론산(hyaluronic acid, HA), 탈세포화된 세포외기질(decellularized extracellular matrix), 매트리젤(Matrigel™) 등이 있는데, 천연고분자들은 생체적합성과 생리학적 특성이 우수한 반면 기계적 물성이 약한 단점이 있다.[3] 그리고 바이오잉크용 합성고분자로서 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone, PVP), 폴리카프로락톤(polycaprolactone, PCL), Pluronic™ 등이 있는데, 합성고분자들은 물리화학적 물성 조절이 용이한 반면 생리활성 특성이 없어 생리활성 펩타이드나 천연고분자들과 함께 사용되어야 한다. 최근에는 천연고분자에 광경화성 그룹을 첨가하여 천연고분자들의 생체적합성과 생리활성을 유지하면서 기계적 물성을 향상시키는 시도들이 많이 이루어지고 있다. 대표적인 예로서 gelatin methacryloyl, methacrylate collagen, albumin methacryloyl, methacrylated hyaluronic acid, methacrylated silk fibroin 등이 있다.[4~6] 바이오잉크에 사용되는 세포들은 기능성 일차세포들(primary cells) 또는 줄기세포(stem cells)들이 있다. 단일조직 프린팅에는 일차세포들이 주로 이용되며, 복잡한 조직을 위한 프린팅에서는 다양한 조직을 분화할 수 있는 줄기세포들이 선호된다. 다양한 카트리지(3~5개)를 장착할 수 있는 프린터들은 여러 종류의 바이오잉크들을 이용하여 다양한 세포외기질로 이루어진 삼차원 구조체를 프린팅할 수 있다. 줄기세포들은 프린팅 과정의 전단응력(shear stress, 특히 압출 기반 프린팅의 경우)에 민감하여 프린팅 과정의 물리화학적 자극은 줄기세포의 분화 능력과 성장속도에 영향을 미친다. 환자들로부터 직접 얻은 줄기세포들은 면역거부반응을 줄일 수 있어 환자 맞춤형 바이오잉크 재료로 활용될 수 있다. 그리고 바이오잉크의 세포 밀도는 프린팅 시 고려해야 할 중요한 인자이다. 세포 밀도가 증가할수록 바이오잉크의 점성도(viscosity)는 증가하게 되며, 더불어 프린팅 시 세포 활성도에도 영향을 주게 된다. 보통 잉크젯 기반 프린팅(inkjet-based printing)에서는 보통 낮은 세포 밀도(106 cells/mL 미만), 레이저 기반(laser-based) 광조형 프린팅에서는 중간 정도의 세포 밀도(108 cells/mL까지), 압축 기반 프린팅(extrusion-based printing)에서는 고밀도의 세포와 스페로이드 형태의 바이오잉크도 프린팅할 수 있다. ** 원문은 파일 다운받기를 해주세요 :-) |
