이번 연구는 RCSI 의과대학 연구팀이 주도했다. 아이리시 타임즈를 통한 사진.

RCSI 교수인 퍼갈 오브라이언(Fergal O'Brien)은 "기존 문헌에 따르면 우리 혈액에 이미 존재하는 PRP가 상처를 치유하는 데 도움이 되지만 흉터는 여전히 발생할 수 있다. "PRP를 생체 재료 스캐폴드에 3D 프린팅함으로써 우리는 혈관 형성을 증가시키는 동시에 흉터 형성을 피할 수 있어 보다 성공적인 상처 치유로 이어질 수 있다."

치유의 과학 발전

일상적인 환경 위협에 대한 첫 번째 방어선인 피부는 실제로 인체에서 가장 크고 중요하며 복잡한 기관 중 하나이다. 이러한 외부 층이 부상으로 손상되었을 때 우리 조직은 자체 장치에 맡기면 종종 독립적으로 치유될 수 있지만 일부 더 큰 상처는 흉터를 유발하거나 세포가 완전히 재생되지 않아 환자가 만성 질환으로 고통받을 수 있다. 

현재 후자는 상처 세척, 드레싱 및 항생제로 치료되는 경향이 있으며, 더 극단적인 경우 손상된 조직을 완전히 대체하기 위해 피부 이식편을 사용하는 경향이 있다. 그러나 다른 유형의 장기 기증과 마찬가지로 기본적으로 호환되는 건강한 피부를 찾기가 매우 어려울 수 있으므로 이식편은 특히 큰 부상을 치료할 때 거의 생존할 수 없다.

이러한 임플란트를 보다 쉽게 사용할 수 있도록 과학자들은 상처 치유 조직 조작 스캐폴드를 만드는 아이디어를 계속 실험하고 있다. 이러한 조직을 만드는 것은 최종 사용을 위해 충분히 혈관을 형성하는 데 필요한 재조합 성장 인자로 인해 매우 비쌀 수 있으므로 실제로 제한된 성공을 달성했다.

따라서 RCSI 팀은 조직 이식을 위해 비싸고 종종 부분적으로만 효과적인 단백질을 사용하는 대신 자연적으로 발생하는 PRP를 사용할 것을 제안했다. 환자의 혈소판을 자신의 피부에 직접 적용하면 흉터가 생길 위험이 있으므로 이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 PRP를 3D프린팅 가능한 하이드로겔 지지체에 통합하여 PRP를 이식하는 새로운 방법을 찾았다.

테스트에 따르면 팀의 PRP가 장착된 스캐폴드(오른쪽)는 세포 혈관 형성을 50%까지 가속화할 수 있다. Advanced Functional Materials 저널을 통한 이미지. 

혈소판 로딩 스캐폴드 프린팅

생체공학적 조직을 가능하게 하기 위해 연구원들은 광개시제 및 젤라틴과 혼합하여 새로운 바이오 잉크를 만들기 전에 지역 혈액 은행에서 얻은 샘플에서 PRP를 분리하는 것으로 시작했다. 일단 준비가 되면, 팀은 재료를 스캐폴드로 압출하기 위해 Allevi II 시스템을 사용했는데, 이 스캐폴드는 프로세스에서 어떤 크기나 기공 문제도 겪지 않았고 순수한 하이드로겔 샘플보다 더 천천히 분해되었다. 

첫 번째 프로토타입을 제작한 후 과학자들은 최종 사용 응용 프로그램에서 매우 중요한 14일 동안의 성장 인자 방출 속도를 계속해서 평가했다. 이 실험 동안 스캐폴드는 내용물의 10%를 순수한 PRP로 방출하는 것으로 밝혀졌으며, 혈관 내피 성장 인자(VEGF)가 가장 빠르게 분산되어 현재 임플란트보다 더 빨리 혈관을 형성할 수 있다.

마지막 테스트로 팀은 상처 치유 조직을 병아리 배아에 이식하여 테스트했다. 하이드로겔로만 구성된 이식된 대조군 샘플과 비교하여, 연구원의 'PRP 지지체는 혈관화를 추가로 40% 증가시키고 작은 혈관과 모세혈관 생성을 유발하는 역할을 했다.

결과적으로 과학자들은 이식편이 이식에 대한 숙주 면역 반응을 더 잘 이해하기 위해 추가 테스트가 필요하다는 점을 인정하지만 그들의 연구가 "복잡한 상처 치료를 위한 패러다임 전환 접근법"이라고 말한다. 결국 단일 단계 열상 치유 절차를 얻을 수 있다.

"우리의 기술은 향상된 혈관화와 섬유화 방지가 필요한 다른 조직 공학 응용 분야에 잠재적으로 적용될 수 있다."고 팀은 결론지었다. "또한 3D프린팅 된 임플란트 내에서 PRP에서 방출된 자가 성장 인자의 사용은 임상 번역에 대한 큰 잠재력을 가지며 재조합 성장 인자의 사용에 비해 몇 가지 이점을 제공한다."

조작된 인간 피부는 임상 시험에서 제품 테스트에 점점 더 많이 사용되고 있다. T&R Biofab을 통한 이미지. 

바이오 프린팅의 피부 이식 가능성

그들은 아직 수술실에 도착하지 않았을 수도 있지만, 3D 바이오 프린팅 된 조직은 작년에 비약적인 발전을 이루었다. 바로 지난 달, NOVOPLASM 컨소시엄은 바이오 프린팅과 저온 플라즈마 기술을 결합하여 감염된 화상을 치료하고 피부 이식편의 상처 치유를 개선하는 새로운 방법을 개발했다고 발표했다. 

올해 초, 펜실베니아 주립대학교의 과학자들은 피부와 뼈 질환을 동시에 치료하는 방법을 고안했다. 이 방법은 두 가지 고유한 바이오 잉크를 상처 부위에 직접 바이오 프린팅 할 수 있다. 그들의 접근 방식을 활용하여 팀은 단일 테스트 절차에서 이미 쥐 모델의 두개골과 피부에 있는 구멍을 신속하게 복구할 수 있었다.

마찬가지로 스킨케어 시장에서 한국 제약회사 HK inno.N과 같은 회사는 자가면역 및 피부 질환 약물을 테스트하기 위해 자체적으로 3D 프린팅 된 피부 모델을 개발했다. 바이오 프린팅 전문업체 T&R Biofab과 협력하여 이 회사는 인공 조직을 사용하여 피부병 치료제가 시장에 출시되기 전에 효능에 대한 심층 연구를 수행할 계획을 발표했다.

연구원들의 연구 결과는 "혈소판이 풍부한 혈장으로 통합된 3D프린팅 된 스캐폴드는 섬유증을 유도하지 않으면서 향상된 혈관 신생 잠재력을 보여준다."라는 제목의 논문에 자세히 설명되어 있다.