체내 조직을 모사하는 연구는 조직 재생, 약물 개발, 질병 모델 분야에서 활발하게 진행되어 오고 있다. 그럼에도 불구하고, 체내 조직과 유사한 기능을 갖는 인공 조직을 제작하는데 어려움이 있다. 본 제안서에는 조직 고유의 정밀하게 조직화 되어 있는 세포들의 배열 구조에 착안하여 고해상도로 세포와 세포외기질을 패턴화하여 조직을 제작할 수 있는 연구를 제안한...

연구개발내용은 크게 세포-세포외기질 입자 제작과 동적 음향장 내의 기계적 거동 분석, 동적 음향 집게를 이용한 다종 세포-세포외기질 입자들 다차원 패터닝과 인공 조직 제작, 연속 프린팅 장치를 이용한 멀티 조직 제작으로 나뉘어짐. ○ 세포-세포외기질 입자 제작과 동적 음향장 내의 기계적 거동 분석 - 세포-세포외기질 입자 제작 장치 개발: 동적 음향 집게를 이용한 위치제어를 위해서 세포와 세포외 기질 혼합물로 이루어진 구형태의 입자 제작 장치를 제작함. 4채널 유체 채널과 펌프로 설계함. - 다양한 종류와 크기의 세포-세포외기질 입자 제작: 입자 제작 장치의 유량과 세포 농도를 조절하여 다양한 종류와 크기의 세포-세포외기질 입자를 제작함 - 정적/ 동적 음향 집게에 대한 세포-세포외기질 입자의 기계적 거동 분석: 세포-세포외기질 입자에 정적/ 동적 음향 집게를 인가할 경우 입자의 종류에 따른 기계거 거동을 분석함. 입자들의 기계적 거 동을 조절하기 위한 최적의 운동 조건을 도출함. ○ 동적 음향 집게를 이용한 다종 세포-세포외기질 입자들 다차원 패터닝과 인공 조직 제작 - 동적 음향 집게를 이용한 다종 세포-세포외기질 입자 패터닝 기술 개발과 1차원 선형 구조의 인공 조직 제작: 정적 음향 집게와 동적 음향 집게를 사용하여 두 가지 이상의 세포-세포외기질 입자를 동 시에 조작하여 교대 배열로 패터닝하고 하이드로젤을 경화하여 조직을 제작하는 기술 개발 - 다차원 구조의 인공 조직 제작: 1차원 선형 교대배열 패턴을 갖는 조직 제작을 발전시켜, 2차원 바 둑판 패턴의 조직, 복잡한 3차원 패턴의 조직을 제작. ○ 연속 프린팅 장치를 이용한 멀티 조직 제작 - 인공 조직 연속 프린팅 장치 설계 및 제작: 이종의 조직들을 연속적으로 출력할 수 있는 장치 개발. 장치는 세포-세포외기질 입자 주입부, 동적 음향 집게 인가부, 하이드로젤 경화부, 제작된 조직의 출 력부로 구성됨 - 상호 연결된 멀티 조직 제작: 두 개의 이종 조직을 연속적으로 출력하여 조직간 상호 작용이 가능한 멀티 조직 제작

연구개발내용은 크게 세포-세포외기질 입자 제작과 동적 음향장 내의 기계적 거동 분석, 동적 음향 집게를 이용한 다종 세포-세포외기질 입자들 다차원 패터닝과 인공 조직 제작, 연속 프린팅 장치를 이용한 멀티 조직 제작으로 나뉘어짐. ○ 세포-세포외기질 입자 제작과 동적 음향장 내의 기계적 거동 분석 - 세포-세포외기질 입자 제작 장치 개발: 동적 음향 집게를 이용한 위치제어를 위해서 세포와 세포외기질 혼합물로 이루어진 구형태의 입자 제작 장치를 제작함. 4채널 유체 채널과 펌프로 설계함. - 다양한 종류와 크기의 세포-세포외기질 입자 제작: 입자 제작 장치의 유량과 세포 농도를 조절하여 다양한 종류와 크기의 세포-세포외기질 입자를 제작함 - 정적/동적 음향 집게에 대한 세포-세포외기질 입자의 기계적 거동 분석: 세포-세포외기질 입자에 정적/동적 음향 집게를 인가할 경우 입자의 종류에 따른 기계거 거동을 분석함. 입자들의 기계적 거동을 조절하기 위한 최적의 운동 조건을 도출함. ○ 동적 음향 집게를 이용한 다종 세포-세포외기질 입자들 다차원 패터닝과 인공 조직 제작 - 동적 음향 집게를 이용한 다종 세포-세포외기질 입자 패터닝 기술 개발과 1차원 선형 구조의 인공 조직 제작: 정적 음향 집게와 동적 음향 집게를 사용하여 두 가지 이상의 세포-세포외기질 입자를 동시에 조작하여 교대 배열로 패터닝하고 하이드로젤을 경화하여 조직을 제작하는 기술 개발 - 다차원 구조의 인공 조직 제작: 1차원 선형 교대배열 패턴을 갖는 조직 제작을 발전시켜, 2차원 바둑판 패턴의 조직, 복잡한 3차원 패턴의 조직을 제작. ○ 연속 프린팅 장치를 이용한 멀티 조직 제작 - 인공 조직 연속 프린팅 장치 설계 및 제작: 이종의 조직들을 연속적으로 출력할 수 있는 장치 개발. 장치는 세포-세포외기질 입자 주입부, 동적 음향 집게 인가부, 하이드로젤 경화부, 제작된 조직의 출력부로 구성됨 - 상호 연결된 멀티 조직 제작: 두 개의 이종 조직을 연속적으로 출력하여 조직간 상호 작용이 가능한 멀티 조직 제작

연구개발내용은 크게 코 점막의 기체 유동 모사가 가능한 생체모사칩 제작, 환자 유래 세포와 칩 환경 제어를 통한 질병 모델 개발, 제작된 칩을 이용한 약물 반응에 대한 연구로 나뉘어짐. ● 기체유동 제어가 가능한 코 점막 생체모사칩을 포함한 시스템 개발 - 상피 세포가 위로는 공기에 노출되어 있고, 아래쪽으로부터는 영양을 공급 받는 코 점막의 기저막의 역할을 하는 다공성 막 제작 - 다공성 막에 의해 기체 채널과 액체 채널로 분리된 칩 내부에 상피 세포 배양 - 기체 채널에 호흡 기체의 온도, 습도, 유속, 방향을 제어할 수 있는 시스템 제작 - 기체 유동에 의해 발생하는 전단 응력이 세포의 분화과정, 섬모형성, 점액분비에 미치는 영향을 분석하여 생체모사 칩에서의 코 점막 조직세포 모사의 유효성 검증 ● 개발된 코 점막 생체모사 시스템을 이용하여 질병 모델을 개발 - 병변시 염증, 용종으로 인한 비강 구조 변화를 반영한 생체모사칩 설계 및 제작 - 생체모사칩 내에 환자 유래 질병 세포 배양을 통한 질병 모델 개발 - 바이러스, 미세먼지를 포함한 기체 조성 변화를 통한 질병 유발 모델 개발 - 액체 채널을 통해 염증을 유발하는 약물 주입을 통한 질병 유발 모델 개발 - 환자 유래 세포의 분화율과 형태학적 변화, Barrier function을 확인하고 개발한 질병모델을 검증 ● 질병 모델에 대한 약물반응 평가 - 기체 또는 액체 채널로 통해 투여되는 약물에 대한 질병 상태의 코 점막 세포의 반응을 분석 - 약물의 양, 투여 빈도, 약물에 노출되는 기간에 따라 생기는 세포조직의 구조와 세포간의 결합력과 같은 생물리학적 변화를 관찰 - 조직의 생물리학적 (Biophysical) 특징과 생화학적 (Biochemical)특징과의 상관 관계 규명