세포 프린팅 기술로 혈관 구조를 구현한 피부 패치가 개발돼, 특히 넓은 부위의 만성 상처 치료에 새로운 돌파구가 열렸다. 

 

부산대학교(총장 최재원)는 의생명융합공학부 김병수 교수 연구팀이 상처 치유에 핵심적인 혈관 구조를 사전에 설계하고 인공 피부 패치에 구현하는 세포 프린팅 기술을 개발, 그 치료 효과를 과학적으로 입증했▲[왼쪽부터] 김병수, 조원우, 그 가오, 알빈드 쿠마 수클라,          다고 14일 밝혔다. 

   안민준

 

연구팀은 ‘격자형’ 혈관 패턴이 가장 뛰어난 재생 성능을 보인다는 결과를 도출해, 난치성 상처 치료를 위한 맞춤형 혈관화 조직 설계의 새로운 기준을 제시했다.

 

 최근 고령화와 만성질환 증가에 따라, 상처 치유 지연이나 회복 실패로 고통받는 환자가 지속적으로 늘고 있다. 특히 당뇨병, 방사선 치료, 심부감염 등에 의해 발생하는 만성적인 창상은 치료가 어렵고, 이로 인한 의료비 부담도 크다. 

 

   이러한 문제를 해결하기 위해 생체유래 물질과 세포를 이용한 조직공학적 인공피부 개발이 활발히 이뤄지고 있다. 그중에서도 혈관이 포함된 인공 피부조직, 즉 혈관화 피부 패치가 상처 부위의 산소 및 영양 공급을 촉진해 회복을 앞당길 수 있는 혁신 기술로 주목받고 있다.

 

  하지만, 기존의 혈관화 피부 패치에서는 혈관을 어떠한 형태로 배치해야 하는지에 대한 체계적인 연구가 부족해, 효과적인 혈관 형성과 상처 치유를 동시에 달성하기 위한 최적의 설계 기준이 확립되지 않은 상태였다.

 

   이에, 연구팀은 세포 프린팅 기술로 다양한 혈관 패턴을 피부 패치 내에 구현해 피부 재생에 미치는 영향을 비교 분석하고, 가장 효과적인 혈관 구조를 제시했다. 향후 환자 맞춤형 혈관화 인공조직 개발의 과학적 근거를 마련하기 위한 노력이다. 

 

 이번 연구에서는 혈관이 포함된 피부 패치를 제작하기 위해, 빛에 반응해 단단해지는 ‘빛 활성화 바이오잉크*’를 활용해 세포를 원하는 형태로 정밀하게 배치하는 인-배스 바이오프린팅(in-bath bioprinting) 기술을 적용했다. 이 기술은 기존처럼 세포가 스스로 뭉쳐 혈관을 형성하도록 유도하는 방식이 아니라, 세포를 미리 혈관 구조로 디자인해 정확히 그 위치에 인쇄하는 방식이다.

 

  * 바이오잉크: 3D 바이오프린터를 통해 분사되는 재료를 통칭.

 

  연구팀은 먼저 동물 피부에서 추출한 생체유래 물질을 바탕으로 세포가 잘 자라고 빛으로 빠르게 굳는 광반응성* 바이오잉크를 개발했다. 이 바이오잉크에 혈관 내피세포와 지방줄기세포를 함께 넣고, 점(dot), 선(line), 격자(grid) 형태의 세 가지 혈관 패턴으로 피부 패치를 제작했다. 그 후 각 패턴이 혈관 생성, 혈류 유도, 피부 재생에 어떤 차이를 보이는지 동물실험을 통해 비교 분석했다.

 

   * 광반응성: 빛에 의해 유체상태의 재료가 젤화(고체화)되는 성질.

 

   연구 결과, 격자(grid) 형태로 배치된 혈관 구조가 가장 뛰어난 성능을 보였으며, 특히 혈류 흐름과 상처 회복 속도가 빠르게 향상됐다. 이는 단순히 세포를 주입하거나 무작위로 배치한 기존 방식보다 훨씬 정밀하고 재현성 높은 결과다.

 

  또한, 이번 연구는 세포-지지체 간의 접촉면적 증가를 유도해 혈관생성 관련 유전자를 활발하게 만드는 것을 규명함으로써 기존 연구에서 밝혀내지 못한 메커니즘을 분자생물학적으로 해석했다는 점에서 차별화된다.

 

   이번 연구는 구조 설계부터 제작 기술, 세포 조합, 작용 메커니즘 분석까지 전 과정을 종합적으로 수행해, 향후 맞춤형 혈관화 조직 제작을 위한 실질적이고 과학적인 기반을 제시했다.

 

   특히, 부산대 연구팀은 이번 연구의 핵심인 3D 바이오프린팅 기반 혈관화 스킨패치 제작과 검증을 총괄했다. 빛을 조사할 수 있는 LED 광원 시스템이 융합된 3D 바이오프린팅 장비를 자체적으로 개발·활용해, 세포를 원하는 위치에 정밀하게 인쇄하고 빠르게 고정하는 데 성공했다.

 

 이번 연구는 상처 치유에 필수적인 혈관을 미리 설계하고 인공 피부 패치에 구현할 수 있는 세포프린팅 기술을 개발하고, 그 치료 효과를 과학적으로 입증했다는 점에서 큰 의의가 있다. 특히 격자형 혈관 패턴이 가장 우수한 재생 성능을 보인다는 결과는 향후 맞춤형 혈관화 조직 설계 기준으로 활용될 수 있다.

 

   기존 치료법으로는 회복이 어려운 광범위한 창상(대면적 상처)에서도 빠르고 안정적인 조직 재생을 유도할 수 있어, 난치성 상처 치료에 새로운 전환점을 제시할 수 있다. 특히 혈관 구조를 사전에 정밀하게 설계하고 구현함으로써 산소 및 영양공급의 병목을 해소하고, 이식 직후 생착률을 높이는 효과가 기대된다.

 

    이 기술은 기존 상처 치료제나 단순한 세포 주입 방식보다 빠른 회복, 높은 재현성, 안정적인 혈관 형성을 가능하게 하며, 당뇨성 족부궤양, 욕창, 방사선 손상 등 만성 상처 치료에 새로운 해법을 제시할 수 있다. 

 

   또한 이번 연구에서 개발된 빛 반응형 바이오잉크 및 정밀 프린팅 플랫폼은 피부뿐 아니라 심장, 간, 근육 등 혈관이 필요한 다양한 인공 조직 개발에도 확장 적용될 수 있어, 향후 재생의료와 조직공학 분야의 핵심 기반기술로의 활용도 전망된다.

 

부산대 의생명융합공학부 김병수 교수는 “이번 연구는 최적화된 혈관 구조를 미리 설계해 인공 피부에 구현함으로써, 만성 상처의 빠른 회복과 조직 통합을 유도할 수 있다는 가능성을 보여준 것”이라며 “향후 이 기술을 기반으로 환자 맞춤형 피부재생 치료제뿐만 아니라 다양한 혈관화 조직 치료제로 발전시켜 나갈 계획”이라고 밝혔다.

 

 이번 논문은 『바이오머티리어리즈(Biomaterials)』 온라인 8월 2일자에 소개됐으며, 해당 저널 2026년 2월호에 게재될 예정이다.

 

  연구는 부산대 의생명융합공학부 Arvind Kumar Shukla(알빈드 쿠마 수클라) 박사와 의학연구원 안민준 박사가 제1저자, 부산대 의생명융합공학부 김병수 교수와 연세대 의공학부 조원우 교수, 베이징 이공대학교 Ge Gao(그 가오) 교수가 공동 교신저자로 수행했다.

 

    한국연구재단 우수신진연구자지원사업, 기초의과학 연구센터(MRC), 산업통상자원부 산업기술 알키미스트프로젝트의 지원을 받았다.

 

광반응성 바이오잉크 기반의 혈관 패터닝된 피부 패치 개발 연구

(가) LED 광원 시스템이 융합된 3D 바이오프린팅 장비및 이를 이용한 다양한 혈관 패턴을 갖는 피부 패치 개발.

(나) 개발된 인공피부 패치 내 혈관 모습.