POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 기계공학과 조동우 교수, 부산대 의생명융합공학부 김병수 교수, POSTECH 기계공학과 안민준씨 연구팀이 제2형 당뇨병의 병태(病態) 생리학적 특징을 표현하기 위해 3D 세포 프린팅을 통해 당뇨병이 있는 체외 인간 피부 모델을 개발하는 데 성공했다고 13일 밝혔다.

▲ 연구의 연구 흐름을 나타내 개략도  © 포항공대

이번 연구의 성과는 생체재료분야에서 세계적인 국제학술지 ‘바이오머터리얼즈(Biomaterials)’에 최근 게재됐다.

3D 세포 프린팅 기술로 인공 피부를 만들기 위한 연구는 계속되고 있지만, 실제 피부의 병리학적 과정을 보여주는 질병이 있는 인공 피부는 아직 실현되지 못하고 있다.

연구팀은 실제 피부에서 발견되는 표피와 피부 세포 간 상호작용에서 영감을 받아 정상 각질 세포가 당뇨 환자 유래 섬유아세포로 이루어진 진피층과 상호 작용할 때 당뇨성 표피로 분화될 것이라는 가설을 세웠다. 이를 증명하기 위해 각 세포를 사용하여 3D 프린팅 기술 기반의 피부 창상이 구현된 당뇨성 인공 피부를 제작했다.

▲ 3D 세포 프린팅을 사용한 상처가 있는 당뇨성 인공 피부 개발     ©포항공대

이 당뇨성 인공 피부에서 당뇨병 피부의 대표적인 특징인 느린 재상피화(再上皮化)가 관찰됐다. 또, 혈관이 포함된 당뇨 지방층을 추가했을 때, 당뇨병에서 흔히 관찰할 수 있는 인슐린 저항성, 지방 세포 비대증, 염증 반응, 혈관 기능 장애가 확인됐다.

연구팀은 “3D 세포 프린팅으로 다양한 원인으로 인한 피부질환을 직접 겪지 않아도 체외에서 관찰할 수 있게 됐다”며 “피부질환을 관찰하기 위해 지금까지 활용했던 동물실험을 대체할 수 있는 방안이 될 것으로 기대한다”고 말했다. 또한 “새로운 약물 개발을 위한 질병 모델로 응용 가능성이 입증된 것”이라고 연구의 의미를 밝혔다.

한편, 이 연구는 한국연구재단의 창의적 연구 사업 및 나노원천기술개발사업 지원으로 수행됐다.

<아래는 구글번역기로 번역한 기사 전문이다.>

 POSTECH Dongwoo Jo's research team develops diabetic artificial skin based on 3D cell printing

POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Moo-Hwan Kim) has 3D cell printing to express the physiological characteristics of type 2 diabetes by Professor Dong-Woo Cho of the Department of Mechanical Engineering, Professor Byeong-Soo Kim of the Department of Biomedical Convergence Engineering at Pusan ​​National University, and Min-Jun Ahn of the Department of Mechanical Engineering at POSTECH. It announced on the 13th that it has succeeded in developing an in vitro human skin model with diabetes.

The results of this research were recently published in the world-class international journal in the field of biomaterials,'Biomaterials'.

Although research to make artificial skin with 3D cell printing technology continues, artificial skin with diseases showing the pathological process of the actual skin has not yet been realized.

Inspired by the interaction between the epidermis and skin cells found in real skin, the research team hypothesized that when normal keratinocytes interact with the dermal layer made of diabetic fibroblasts, they will differentiate into diabetic epidermis. To prove this, a diabetic artificial skin with skin wounds based on 3D printing technology was fabricated using each cell.

In this diabetic artificial skin, slow re-epithelialization, a typical feature of diabetic skin, was observed. In addition, when the diabetic fat layer containing blood vessels was added, insulin resistance, adipocyte hypertrophy, inflammatory reaction, and vascular dysfunction, which are commonly observed in diabetes, were confirmed.

The research team said, “Through 3D cell printing, we can observe in vitro without experiencing skin diseases due to various causes directly. We expect it to be a way to replace animal experiments that have been used so far to observe skin diseases. "He said. In addition, it revealed the meaning of the study, "It has proven its applicability as a disease model for the development of new drugs."

On the other hand, this research was carried out with the support of the Korea Research Foundation's creative research project and nano-source technology development project.