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캡스톤디자인경진대회

캡스톤디자인이란 1~2학년 동안 배운 전공 교과목 및 이론 등을 바탕으로, 산업체(또는 사회)가 필요로 하는 과제를 대상으로 3학년 이상 학생들이 스스로 기획과 종합적인 문제해결을 통해 창의성과 실무능력, 팀워크, 리더십을 배양하도록 지원하는 정규교과목입니다

동상

■ 캡스톤디자인경진대회 ■

Native ECM 단백질에서 파생된 반투과성 세포 배양 membrane 제작 연구

For US / 캡스톤디자인2

융합신소재공학전공

지도교수

성건용

학부명

과제 목적

현재 Organ-on-a-chip의 반투과성 membrane으로 이용하던 합성 폴리머 반투과성 membrane은 생리학적 세포 표현형의 발현을 나타내는 기저막의 생화학적 조성을 모방하지 못한다. 이뿐만 아니라 세포의 구조와 기능에 큰 영향을 미치는 천연 매트릭스의 섬유 구조와 물리적 특성인 강성 등을 모방하는 능력이 부족하다. 그래서 이러한 합성 폴리머 반투과성 막의 한계를 개선하고자, 천연 ECM을 도입하였다.[1,2] 이는 ECM 단백질에서 파생된 반투과성 배양 막을 생성하는 데 있어 간단하고 저렴하며 다층 미세 유체 장치의 결합 및 조립에서 구조적 무결성을 유지하기에 충분히 섬유질이고 투명하며 투과성과 기계적인 면에서도 안정적인 효과를 얻는다. 이 천연 유래 membrane은 기존의 반투과성 membrane의 주요 한계를 극복하고 미세 유체 세포 배양 모델의 생리적 관련성과 예측 능력을 개선할 수 있는 새로운 기회를 제공할 수 있게 된다.

과제 내용

membrane 제작에 필요한 PDMS 몰드를 만들기 위해 3D프린터로 필라멘트 몰드를 제작하였다. 실험을 통해 membrane의 형태를 유지시킬 수 있는 collagen 농도 및 건조 조건을 찾아내었고 두 가지 농도의 native ECM membrane 제작에 성공하였다.(FIG.1) skin chip을 이용한 투과도 측정, SEM을 이용한 미세구조를 관찰하였다.[1,3,4,5]
투과도 및 미세구조 분석
skin chip을 이용해 membrane 별 평균 투과율을 계산한 결과 기존 membrane보다 collagen membrane이 투과율이 높았고, 그중에서도 2.16mg/mL collagen membrane이 3.6mg/mL collagen membrane 보다 투과가 더 잘 이루어진다는 것을 알 수 있었다. SEM으로 미세구조를 관찰해 보았을 때, 2.16mg/mL collagen membrane의 porous size가 0.5μm로 크고 porous 개수가 많아 3.6mg/mL collagen membrane보다 투과가 더 빠르게 진행되었다. 3.6mg/mL collagen membrane의 porous size는 0.3μm로 기존 membrane의 porous size 0.4μm보다 작지만 porous 개수가 많아 투과도가 높은 것이라고 분석하였다. (FIG.2)

활용방안 및 기대 효과

제작한 native ECM membrane은 collagen 농도에 따라 porous size를 조절해 원하는 투과율을 가진 membrane을 제작할 수 있다. organ-on-a-chip 장치에 collagen 기반 membrane을 사용하면 미세 환경을 모방하는데 생리학적으로 더 가깝기 때문에 인간 세포의 성장, 생존력 및 장벽 기능이 향상된다. 또한 collagen membrane을 사용한 organ-on-a-chip에서의 세포를 배양시키면 다른 장치보다 더 생존력 있고, 분화가 잘 이루어질 것이라고 기대한다. 우리가 제작한 membrane이 기존 membrane보다 높은 유연성과 부착성을 가지며 투과도가 좋기 때문에 투과가 잘 되어야 하는 조건의 cell culture에 적합한 환경을 제공할 것이다. 결과적으로 생체 외 모델 및 organ-on-a-chip의 생리적 관련성과 예측력을 크게 향상시키고 광범위한 응용 분야에서 세포 배양 모델의 개발에 기여할 것이다.