강원대 임기택 교수, ‘산림부산물 활용 골조직 3D바이오프린팅 소재’ 개발

강원대학교 농업생명과학대학 바이오산업공학부 임기택 교수가 버려지는 산림부산물을 활용한 ‘골조직 재생유도 3D바이오프린팅 나노셀룰로오스 소재’를 개발했다.

▲강원대학교 농업생명과학대학 바이오산업공학부 임기택 교수. ⓒ강원대

임기택 교수 연구팀은 벌목 후 산림에 방치되는 미이용 산림부산물을 활용해 고부가 의료소재용 나노셀룰로오스 기반 바이오잉크 소재를 개발했으며, 3D프린팅 기술로 ‘하이드로겔 복합 스캐폴드(Scaffold, 인공지지체)’를 제작해 골조직 세포의 재생을 활성화하는데 뛰어난 효능을 보인다는 사실을 검증했다.

임기택 교수 연구팀이 개발한 ‘바이오잉크’는 키토산, 실크 피브로인, 셀룰로오스 나노입자를 유효성분으로 포함하고 있으며, 기존 하이드로겔 복합 스캐폴드에 비해 탄성, 회복강도, 팽윤 및 생분해성 등이 우수한 것으로 나타났다.

특히, 연구팀은 해당 하이드로겔 복합 스캐폴드에 ‘Raw 264.7 세포’로 대식세포 분극 및 골 면역 조절반응을 평가하였으며, 세포 신호 전달 경로인 ‘MAPK(mitogen-activated protein kinase, 미토겐활성화단백질키나아제)’ 경로를 통해 우수한 골형성 잠재력 및 CXCL1 케모카인의 분비가 증가하는 등 면역 반응에 대한 호중구(Neutrophil granulocyte) 활성화 가능성을 확인했다.

이번 연구는 고분자분야 국제학술지인 ‘Carbohydrate Polymers(IF=9.381, 상위 3% 이내)’ 2022년 1월호에 ‘3D 바이오프린팅 기반 골 면역 조절 및 M2 대식세포 분극화를 통해 뼈 재생을 개선하기 위한 화학적으로 자유로운 3D 인쇄 가능한 자립형 및 복구 가능한 나노셀룰로오스 하이드로겔 복합 스캐폴드’라는 주제로 게재됐다.

또한, 연구팀은 ‘골 면역 조절 및 M2 대식세포 분극화를 통해 뼈 재생을 개선하기 위한 화학적으로 자유로운 3D 인쇄 가능한 자립형 및 복구 가능한 나노셀룰로오스 하이드로겔 및 그 응용’에 대한 국내 특허출원을 마쳤다.

임기택 교수는 “새로 개발한 복합 스캐폴드는 나노소재로 주목받고 있는 셀룰로오스 나노구조의 형태학적 변화틑 통해 바이오잉크를 개발했다는 점에서 큰 의의가 있다”며 “생리활성, 생분해성, 골전도 가능성 측면에서 매력적인 골조직 공학 생체 재료로 사용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편, 임기택 교수 연구팀은 한국연구재단 ‘기초연구지원사업’과 강원대학교 산림과학연구소 ‘대학중점연구소지원사업’의 지원을 받아 이번 연구를 수행했다.