배양 표면에서 표적 조직으로 세포시트를 직접 이식하는 방법을 도입하였다. 상용으로 이용 가능한 유연한 파릴렌(parylene)을 배양 표면으로 사용하였으며, UV 처리된 파릴렌이 배양 중 안정적인 세포 부착과 표적 표면으로의 효율적인 세포 전달을 모두 위해 적절하고 중간 정도의 세포 부착성을 제공한다고 제안한다. MRC-5, HDFn, HULEC-5a, MC3T3-E1, A549, C2C12 세포, 및 MDCK-II 세포를 포함한 다양한 세포 유형에서 이 세포 전달 과정의 범용성이 입증되었다. 본 새로운 세포시트 공학은 서로 다른 부착 선호를 갖는 두 표면 사이에서의 계면 세포 이동 메커니즘에 기반한다. 세포 전달 과정 동안 세포골격 역학의 모니터링과 약물 처리를 통해, 계면 세포 이동이 세포 표면에 존재하는 기존의 막관통 단백질을 활용하여 표적 표면에 결합함으로써 일어난다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 이식 과정 후 세포 극성의 재확립 및 역전이 확인되었다. 3D 다층 적층, 자유형 설계, 및 곡면 적용이라는 독특한 역량도 입증되었다. 마지막으로, 마우스 모델에서 피부의 상처 치유 및 피부-조직 재생에 적용함으로써 세포시트 전달 시스템의 치료적 잠재력이 입증되었다.

새로운 나노물질(NMs)이 초래할 수 있는 위해요인을 식별할 필요성은 시급하나, 이를 위해서는 시험 접근법을 간소화하고, 독성 기전의 이해를 높이며, 나노물질 개발 과정에 Safer-by-Design 개념을 통합할 수 있는 새로운 모델이 요구된다. 이에 본 연구에서는 나노물질에 대한 최초의 위해성 평가를 위한 정교한 3D 바이오프린팅 기도 모델의 평가를 수행하였다. 바이오프린팅 기법이 제공하는 일관성과 재현성을 활용하여, 기도 구축체는 내피세포, 콜라겐에 포매된 섬유아세포, 기관지 상피세포를 정밀하게 제어된 연속 층상 적층 방식으로 생성하고, ZnO 및 BaSO 4 나노물질을 사례 연구 물질로 하여 노출시켰다. ZnO에 대한 노출은 BaSO 4에 비해 더 큰 시간적·역동적 면역독성 및 조직학적 반응을 유발하였으며, 이는 반응성이 높은 나노물질과 낮은 나노물질을 성공적으로 구분했음을 보여준다. 단순한 in vitro 독성 연구와 기존의 in vivo 및 사람 대상 자료와의 비교를 통해, 모델 복잡도를 증가시키는 접근이 생리학적 관련성을 갖는다는 점이 입증되었다. 3D 바이오프린팅 기도 모델의 상대적 이점과 계층화된 시험 전략에 포함될 수 있는 잠재력은, 현재의 대체 모델에 대한 최신 기술 동향을 포괄적으로 검토함으로써 뒷받침되었다. 본 연구는 in vivo 시험에 대한 의존도를 줄이고 Safer-by-Design 나노물질 혁신을 지원하기 위한 통합적 위해성 평가 및 시험(Integrated Approaches to Assessment and Testing) 개발 노력을 진전시키기 위해 정교한 in vitro 기도 모델의 더 광범위한 채택을 지지한다. • 바이오프린팅 기법이 제공하는 정밀한 제어와 일관성을 활용한 in vitro 기도 모델의 생성. • 나노물질 위해성 평가를 위한 3D 바이오프린팅 기도 모델의 최초(First-in-kind) 평가. • 나노물질 위해성 시험에 사용된 대안의 복잡한 in vitro 모델에 대한 포괄적 검토. • Safer-by-Design 나노물질 혁신을 위한 계층화된 시험 전략에 3D 바이오프린팅 기도 모델을 통합하는 방안에 대한 고려.