초록 ▼

□ 연구개요
인체 폐 유래 세포를 사용해 오가노이드를 제작하게 되면 높은 인체 모사도 구현 및 질병모델 모사가 가능해 질 뿐 아니라 오가노이드 특성인 자가 재생이 가능하게 됨. 한편 3D 세포 프린팅 기술은 세포가 포함된 다양한 종류의 잉크를 정밀 배치할 수 있어 여러 장기·조직의 생화학적·구조와 물리적 특성을 고차원적으로 모사할 수 있음. 장기 칩 구조는 해당 조직의 유체역학적 특성을 고려하여 미세환경을 모사할 수 있다는 장점을 가짐. 따라서 본 연구에서 개발하고자 하는 인체 폐 모사 3D 모델 칩은 프린팅 기반 배양 시스템

□ 연구개요
인체 폐 유래 세포를 사용해 오가노이드를 제작하게 되면 높은 인체 모사도 구현 및 질병모델 모사가 가능해 질 뿐 아니라 오가노이드 특성인 자가 재생이 가능하게 됨. 한편 3D 세포 프린팅 기술은 세포가 포함된 다양한 종류의 잉크를 정밀 배치할 수 있어 여러 장기·조직의 생화학적·구조와 물리적 특성을 고차원적으로 모사할 수 있음. 장기 칩 구조는 해당 조직의 유체역학적 특성을 고려하여 미세환경을 모사할 수 있다는 장점을 가짐. 따라서 본 연구에서 개발하고자 하는 인체 폐 모사 3D 모델 칩은 프린팅 기반 배양 시스템 제작 기술을 통해 다양한 종류의 세포나 세포 외 기질로 이루어진 폐 미세 환경의 해부학적 구조를 모사할 수 있으며 이를 통해 폐 손상질환 모델링을 가속화할 수 있음. 본 연구에서는 폐 조직재생에 유용한 사람 호흡기계/폐 줄기세포를 이용하여 고정밀 3차원 잉크젯 바이오프린팅 방식으로 폐 조직 모사체 칩을 제작하고, 이 모사체 칩을 질환 모사 모델로 활용하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제에서 설정한 목표는 세 가지로 분류 가능하며 100% 최종 달성 하였음.
(i) 잉크젯 바이오 프린팅 공정 확립 및 폐포 모사 3차원 모델 제작
인체 폐 유래 세포주 뿐 아니라 일차세포 및 역분화 줄기세포 모두 정밀한 프린팅 조건 제어를 통해 잉크젯 공정이 확립 되었음. 또한 다종의 세포를 활용하여 인체폐포의 구조를 모사한 3층 구조 폐포 장벽을 모사하였으며 제작된 폐포 장벽은 폐계면 활성제 분비 및 장벽 견고성 등 생리학적 기능이 검증되었음.
(ii) 호흡기 유래 줄기세포 연구 기반 구축
인체 폐 유래 2형 폐포 세포의 분리 및 배양에 성공하였으며, 수 번의 계대 배양에도 안정화하였음. 또한 hNTSC 및 폐 유래 세포 기반의 역분화 줄기세포를 개발 및 검증하는데 성공하였으며, 호흡기계 하이드로젤 기반의 폐 오가노이드를 제작하고 구조 및 기능을 검증하였음.
(iii) 줄기세포 및 호흡기계 하이드로젤 기반 폐 오가노이드 칩 제작 및 응용
상기 기술된 하이드로젤 및 역분화줄기세포를 포함한 폐포 모델 제작에 성공하였음. 또한 폐포 모델은 체내 역학적 미세 환경을 모사한 칩 내부에 도입되었으며 정적 배양 모델 대비 우수한 장벽기능이 검증됨. 또한 미세먼지 및 가습기 살균제 성분 등 흡입성 물질의 유해성이 평가되었으며 질병 관련 마커를 확인하였음.
따라서, 본 연구진은 성실한 연구 수행을 바탕으로 기존 제시했던 과제의 최종 목표를 성공적으로 달성하였음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
(1) 기술적 측면 기대효과
- 잉크젯 바이오 프린팅 기반 단일 세포 고정밀 배치 기술 확립
- 호흡기계 줄기세포의 분리 배양 및 역분화 줄기세포 제작 기술 개발
- 환자 맞춤형 및 호흡기 손상 모델 제작 기술 확보
- 3D 바이오프린팅 기반 기술 및 장기 칩 제작 기술 확보
(2) 경제적 산업적 측면 기대효과
- 줄기세포 배양 규격화 및 임상 실험 대체를 통한 신약개발 비용 절감 효과
- 의약학 분야 활용 가능한 유해물질 테스트 모델 개발 및 독성평가 표준화 가능
- 보건산업 분야의 진단 및 치료 도구로써 새로운 사업 모델을 창출
- 호흡기 질환으로 인한 사회, 경제적 손실 감소 및 국민 건강 증진

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 연구개발의 목적 ... 4
• (2) 연구개발의 필요성 ... 4
• (3) 연구 가설 및 목표 ... 4
• (4) 연구 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• (1) 잉크젯 바이오 프린팅 공정 확립 및 폐포 모사 3차원 모델 제작 ... 6
• (2) 호흡기 유래 줄기세포 연구 기반 구축 ... 9
• (3) 줄기세포 및 호흡기계 하이드로젤 잉크 기반 바이오 프린팅 폐 오가노이드 칩 제작 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 14
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 14
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• (1) 연구 개발 성과의 의미 ... 16
• (2) 기술적 측면 기대효과 ... 16
• (3) 경제적 산업적 측면 기대효과 ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• (1) 연구 개발 성과 추진 체계 ... 17
• (2) 연구 개발 성과의 활용 분야 및 활용 방안 ... 17
• (3) 추가 연구의 필요성 및 타 연구에의 응용 ... 17
• 6. 참고문헌 ... 18
• 붙임1 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 23
• 끝페이지 ... 36