미니장기는 인체 장기의 구조와 기능을 3차원으로 재현한 생체모사 모델로 차세대 바이오 기술로 주목받고 있다. 하지만 미니장기 제작에 있어 크기와 구조, 성숙도 등 재현성이 낮고 균일한 품질의 미니장기를 안정적으로 대량 생산하는 데 한계가 있다.
연구팀은 이러한 한계를 반도체 칩 기술을 통해 극복했다. 다양한 마이크로 사이즈의 반도체 칩을 활용하여 미니장기 제작 플랫폼을 구축하고, 미니장기 형성 초기의 물리적 환경을 정밀하게 제어함으로써 크기와 구조가 균일하고 재현성이 높은 미니장기 대량생산 기술을 확립했다.
연구팀은 본 기술과 만능줄기세포를 활용하여 내이 오가노이드를 제작했다. 내이는 귀의 가장 깊은 곳에 있는 기관으로 소리를 듣는 청각 기능과 몸의 균형을 잡는 평형 감각 기능을 함께 맡고 있다. 본 기술로 제작된 내이 오가노이드는 균일성과 재현성이 기존 배양 방식보다 약 4배 향상됐으며, 기능성 청각세포의 형성이 증가하고 미세구조와 전기생리학적 기능도 크게 개선됐다.
또한, 미세유체 기반 혈관 시스템과 결합해 혈관화된 미니장기 구현에도 성공했다고 본 연구팀은 밝혔다.
이번 연구 결과는 세계 최상위 국제학술지 'Advanced Materials'(영향력지수 29.1, JCR 상위 1.8%)에 게재됐으며(논문 제목: Engineering Pluripotent Stem Cells-Derived Inner Ear Organoids With Enhanced Maturation and Reproducibility by Micro-Topographical Cues), 부산대학교 박선호 교수팀, 정연훈플러스 이비인후과의원 정연훈 교수팀, 서울대학교 전누리 교수팀, 성균관대학교 김경훈 교수팀이 함께 참여했다.
연구책임자인 김장호 교수는 “반도체 기술은 농생명, 의학 등 다양한 바이오 분야로도 크게 접목될 수 있다”며 “개발된 반도체 칩 미니장기 기술이 산업화가 될 수 있도록 기술을 더욱 고도화 하겠다”고 밝혔다.
본 연구는 한국연구재단 중견연구지원사업, 바이오의료기술개발사업, 지역혁신선도연구센터사업, 기초연구실지원사업, 농림식품기술기획평가원(IPET) 농식품 융합기술 연구인력양성사업 및 반려동물 난치성질환 극복 R&D사업, 과학기술사업화진흥원(COMPA), 범부처재생의료기술개발사업(KFRM)의 지원으로 수행됐다.
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