한림대춘천성심병원 박찬흠 교수팀, 3D프린팅용 치아 조직 형성 유도 바이오잉크 개발

자연 유래 뼈 성분을 활용해 줄기세포가 치아 조직 방향으로 자라도록 돕는 3D 바이오프린팅용 재료가 개발됐다.

한림대학교춘천성심병원 이비인후과 박찬흠 교수(교신저자) 연구팀은 탈무기질 뼈 성분을 기반으로 한 바이오잉크 ‘DbpGMA’를 개발했다고 11일 밝혔다. 이번 연구는 세포 수준에서 진행된 기초 연구로, 실제 임상 적용까지는 동물 실험과 장기 안전성 검증이 추가로 요구된다. 해당 연구는 ‘Demineralized bone bioinks with enhanced odontogenic differentiation: Synthesis and characterization’라는 제목으로 고분자 분야 국제학술지 ‘Polymer Testing’ 2026년 1월호에 게재됐다.

3D 바이오프린팅은 조직의 형태를 정밀하게 구현할 수 있는 기술로 주목받고 있으나, 세포가 실제 조직처럼 기능하도록 유도하는 데는 한계가 지적됐다. 특히 줄기세포가 특정 조직으로 분화하기 위해서는 외부 성장 유도 물질이 필요한 경우가 많다.

연구팀은 자연 뼈에서 얻은 탈무기질 분말을 활용해 생체 활성 성분을 유지하면서도 프린팅이 가능한 바이오잉크를 설계했다. 90마이크로미터(μm) 미만의 미세한 뼈 분말을 선별해 단백질 등 핵심 생체 성분을 최대한 보존했다는 설명이다.

실험 결과, 바이오잉크 농도 20% 조건에서 구조적 안정성과 세포 적합성이 가장 균형을 이뤘다. 10% 농도에서는 출력 직후 형태 유지가 어려웠고, 30%에서는 프린팅 정밀도와 세포 증식 측면에서 제한이 확인됐다.

또한 연구팀은 타트라진 색소 0.1%를 첨가해 도관 구조를 포함한 3D 구조체를 구현했다. 지름 0.7mm 규모의 미세 통로를 제작하고 염료 흐름을 확인함으로써, 향후 혈관 구조를 모사하는 연구에 활용될 수 있는 구조적 기반을 제시했다.

특히 연구팀은 치주 유래 줄기세포를 해당 바이오잉크에 배양한 결과, 별도의 성장 유도 물질 없이도 치아 형성 관련 분화 반응이 관찰됐다고 밝혔다. 이는 재료 자체가 줄기세포의 치아 조직 형성 방향 분화를 촉진할 가능성을 시사하는 결과다.

박찬흠 교수는 “이번 연구는 프린팅이 가능하고 치주 유래 줄기세포의 분화를 유도할 수 있는 바이오잉크 개발을 위한 파일럿 연구로, 본 연구에서 사용한 재료는 즉각 치아 제작에 적용하기에는 아직 한계가 있으며 향후 추가적인 보완과 후속 연구가 필요하다”고 말했다. 이어 “자연 유래 뼈조직의 생체 활성을 보존하면서도 고정밀 3D 프린팅이 가능한 바이오잉크 플랫폼을 확립했다는 데 의미가 있다”고 덧붙였다.

연구팀은 향후 동물 모델을 통한 기능 검증과 장기 안전성 평가를 통해 기술을 보완할 계획이다.