생명/의료

멀티스케일 나선형 섬유다발 기반 생체공학적 신축성 생체조직 스텐트 개발

발행일 : 2019 / 09 / 05

최근, 미국매사추세츠공과대학(MIT), 베이징항공항천대학 및 저장(浙江)이공대학 연구팀은 멀티스테이지 구조(Multistage structure) 나선형 섬유를 제조하는 간단하고 보편적인 방법을 제안함과 아울러 해당 방법으로 제조한 섬유의 역학적 성능을 이론적으로 시뮬레이션했으며 또한 해당 섬유를 세포 생체조직 스텐트로 이용할 수 있는 동적 인장 세포생물학적 활성 연구를 수행했다. 해당 성과는 “나선형 섬유다발의 고신축성 인공 미세조직에 이용(Helical nanofiber yarn enabling highly stretchable engineered microtissue)”이라는 제목으로 “PNAS”에 게재됐다.

연구팀은 천연생물조직 멀티스케일 섬유에서 영감을 받고 방사(Spinning) 기술과 연사(Twisting)방법을 결합한 생체공학적 설계를 통해 멀티스케일 구조 나선형 섬유다발을 제조함과 아울러 천연섬유다발과 멀티스케일 구조 나선형 섬유다발의 역학적 성능을 연구했다. 또한 다양한 재료 성분(PLGA, PVDF-HFP, PU 및 CA를 포함)에 대한 최적화를 통해 초고 스트레인(최대로 1,500%)을 보유한 멀티스케일 섬유다발을 획득했으며 다양한 구조 섬유다발이 동적 인장 상태 조건(인장 및 굽힘을 포함)에서 세포 스텐트로 이용될 경우 생물학적 활성의 안정성을 연구했다. 연구 결과, 멀티스케일 구조 나선형 섬유다발은 독특한 스파이럴 코일 구조를 보유하고 있기에 동적 인장 세포 활성 면에서 1급 섬유다발에 비하여 우수하다. 또한 재료 표면의 멀티스케일 주기성 토폴로지 구조는 세포의 물리적 특성(세포의 체적 및 방향성)을 변화시킬 수 있을 뿐만 아니라 특정된 전사인자의 세포핵 방향으로의 수송 제어를 통해 중간엽줄기세포의 근육세포 방향으로 방향성 분화를 유도할 수 있음을 발견했다.

동 연구에서 제안한 방법은 첨단 유연성 재료, 공학설계 재료 제조 및 세포생물학의 발전 등에 새 기술 지원을 제공했으며 제조한 재료는 인체건강 모니터링, 웨어러블 전자, 텔레스코픽 브레이크, 인공 생체기관 등 분야에서 잠재적인 응용 가치가 있다.