포스텍 '숨 쉬는 인공 폐 개발'…비눗방울 착안

[포항=뉴시스]송종욱 기자 = 포스텍은 신소재공학과·IT융합공학과 정성준 교수 연구팀이 폐 속 공기 주머니인 ’폐포(허파꽈리)‘ 움직임을 재현해 폐 세포의 반응까지 관찰할 수 있는 초박막 인공 폐를 개발했다고 18일 밝혔다.

폐는 하루에 수천 번 움직이며 폐 안쪽의 작은 공기 주머니인 '폐포'도 움직임을 반복한다. 폐포 움직임은 단순히 공기를 주고받는 데 그치지 않고 폐 세포의 성장과 기능에 영향을 주며 염증이나 질병이 진행되는 과정에 중요한 신호가 된다.

최근 폐 구조와 움직임을 구현한 '폐-칩' 기술이 개발됐으나 대부분 플라스틱 소재를 사용해 실제 폐 조직을 재현하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 '비눗방울'에 그 답을 찾았다. 비눗방울은 액체가 스스로 얇은 막을 만들며 쉽게 터지지 않고, 자유롭게 움직인다.

연구팀은 이를 하이드로젤에 적용해 원하는 모양의 틀을 하이드로젤 용액에 담갔다가 꺼내는 방식으로 틀 표면에 매우 얇은 막을 만들어 실제 폐 속의 폐포처럼 부드럽고 유연하면서 반복 움직임을 견딜 만큼 튼튼했다.

연구팀은 사람이 숨을 들어 마실 때 횡격막이 아래로 움직이면 폐 안의 압력이 낮아지고, 바깥 공기가 들어오는 압력 변화를 반복적으로 만들어 '호흡 구동 시스템'을 개발했다. 그 결과 초박막이 실제 폐처럼 늘었다가 줄고, 24만 회 호흡에 안정적으로 작동했다.

3D 바이오프린팅 기술을 이용해 '혈관 세포층', '기저막층', '상피세포층'을 차례로 쌓아 폐포와 유사한 인공 폐 내부를 만들었다.이렇게 만든 인공 폐는 호흡에 따른 움직임이 세포에 전달됐고, 바이러스 감염에 대한 반응까지 실제 폐와 비슷하게 나타났다.

특히 인플루엔자 바이러스 감염 실험에서 호흡 운동에 따라 폐의 염증 반응과 바이러스 대응 반응이 달라진다는 사실도 새롭게 밝혀냈다.

정 교수는 "숨 쉬는 인공 폐는 호흡의 빠르기와 깊이를 자유롭게 조절할 수 있어, 정상적인 폐부터 여러 질병 상태까지 실험실에서 재현할 수 있다"며 "이번 연구는 신약 개발과 폐 질환 연구 판도를 바꿀 것"이라고 밝혔다.
 
한편 이번 연구는 최근 재료 과학 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 머터리얼'에 게재됐다. 한국연구재단 중견 연구자 지원과 산업자원통상부 바이오 산업 기술 개발 지원을 받아 이뤄졌다.


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