3D 프린팅 인공 피부, 동물실험 대체할 차세대 실험 플랫폼으로 주목

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의약품과 화장품의 안전성을 검증하기 위해 수많은 동물들이 오랜 기간 실험에 동원돼 왔다. 토끼의 눈에 자극 물질을 주입하거나, 설치류 피부에 반복적으로 화학제품을 바르는 방식은 비윤리적이라는 지적을 받아왔으며, 이에 따라 많은 국가들이 동물실험을 규제하거나 금지하기 시작했다. 이런 상황에서 실제 인간 세포를 활용한 3D 프린팅 인공 피부 기술이 주목받고 있다. 인체 피부 구조를 정밀하게 재현할 수 있어 동물실험의 대안으로서 과학적 신뢰성과 생체 유사성을 모두 갖췄다는 평가다.

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최근 오스트리아 그라츠 공과대학교와 인도 벨로르 공과대학교 공동 연구진은 3D 프린팅 인공 피부를 이용한 새로운 실험 모델을 선보였다. 실제 인간 세포가 포함된 이 인공 피부는, 구조적 정밀성과 생체 적합성을 갖춘 플랫폼으로 평가받고 있다.

 

 

 

최적화된 하이드로겔로 제작된 3D 프린팅 구조물. [사진=Manisha Sonthalia - Vellore Institute of Technology]

 

 

3D 프린팅 인공 피부: 세포 생존에 최적화된 하이드로겔 기반 피부 구조

연구팀이 개발한 3D 프린팅 인공 피부는 표피, 진피, 피하지방층으로 구성된 인간 피부의 3중 구조를 정밀하게 재현한다. 소재로는 수분 함량이 높고 세포 배양에 적합한 하이드로겔이 사용되며, 여기에 살아 있는 피부세포를 함께 프린팅해 생체 기능을 구현한다.

 

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하이드로겔의 높은 수분 함량은 세포의 생존과 증식에 유리하지만, 동시에 구조 안정성이 떨어지는 단점도 있다. 이를 보완하기 위해 연구진은 세포에 해를 끼치지 않는 방식으로 교차결합(cross-linking) 기술을 적용했다. 이를 통해 인공 피부는 기계적 강도와 생체 친화성을 동시에 확보할 수 있었다.

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연구에 따르면, 피부세포가 2~3주간 생존하며 조직 구조를 형성할 경우에만 진정한 3D 프린팅 인공 피부로 간주된다. 실제 실험 결과, 해당 조건을 충족한 구조물이 만들어졌고, 세포 독성 또한 나타나지 않았다.

 

 

 

인간 케라티노사이트(각질형성세포)가 포함된 3D 프린팅 구조물. [사진=Manisha Sonthalia - Vellore Institute of Technology]

 

 

나노입자 독성 실험에 활용될 새로운 기준

이번에 개발된 3D 프린팅 인공 피부는 향후 자외선 차단제나 기능성 화장품에 포함된 나노입자에 대한 독성 및 흡수 실험에 직접 사용될 예정이다. 기존 동물실험 방식과 달리, 인간 피부세포를 기반으로 한 실험 결과는 실제 인체 반응을 보다 정확하게 반영할 수 있다.

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그라츠 공대의 생체재료 연구 역량과 벨로르 공대의 세포 및 분자생물학 기술이 결합되면서, 기술적 신뢰성과 생물학적 유효성이 동시에 확보됐다. 연구진은 앞으로 하이드로겔 조성의 정밀화, 반복 실험에 따른 재현성 확보 등을 통해 이 플랫폼을 규제기관이 인정하는 표준 실험 모델로 발전시킬 계획이다.

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3D 프린팅 인공 피부는 동물실험을 피하면서도 정밀한 독성 평가가 가능한 차세대 바이오 플랫폼으로, 화장품 및 의약품 산업 전반에서 실질적인 대안으로 주목받고 있다.

 

 

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