[POSTECH, 실시간 모니터링·자가조절 가능한 차세대 인공장기 플랫폼 리뷰 논문 게재]

 

 

 기계공학과·IT융합공학과·융합대학원·생명과학과 장진아 교수, 미래IT융합연구원 용의중 박사, 기계공학과 통합과정 김지환 씨 연구팀이 ‘전자기술’과 ‘인공조직’을 결합한 ‘바이오하이브리드-공학조직(Biohybrid-Engineered Tissue, 이하 BHET) 플랫폼^*1 ’에 대한 리뷰 논문을 국제 생명공학 저널인 ‘트렌드 인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)’에 발표했다. 

 인공조직은 손상되거나 노화로 제 기능을 잃은 조직을 대신해 건강을 회복하는 기술이다. 그러나 기존 인공조직은 인체의 복잡한 기능을 완전히 모사하지는 못했다. 특히 조직이 주고받는 전기적 신호를 실시간으로 측정하고 조절하기 어려워 약물 테스트나 질병 연구에 한계가 있었다.

 이번 논문에서 POSTECH 연구팀은 이를 해결하기 위한 해법으로 인공조직과 전자소자를 결합한 BHET 플랫폼을 세 가지 유형으로 분류했다. 첫째 ‘조직-센서 플랫폼(Tissue-sensor platform)^*2‘은 인공조직 내부 전기 신호를 감지해 실시간으로 상태를 분석한다. ‘조직-전기자극 플랫폼(Tissue-electromodulator platform)^*3 ’은 외부에서 전기 자극을 주어 인공조직 기능을 직접 조절한다. 마지막 ‘조직-자가조절 플랫폼(Tissue-communicator platform)^*4 ’은 감지와 자극 기능을 결합해 인공조직이 스스로 모니터링하고 조절하는 자율지능형 조직을 구현한다.

 BHET 플랫폼의 가장 큰 장점은 단순히 조직의 형태를 흉내 내는 수준을 넘어, 인공조직이 스스로 생체 신호를 감지하고 필요한 조치를 실시간으로 수행할 수 있다는 점이다. 전기생리 신호를 기반으로 조직 상태를 지속적으로 모니터링하며, 즉각적인 전기 자극을 통해 기능을 조절하거나 회복시키는 피드백 제어가 가능하다. 이러한 능력은 기존 인공조직이 갖지 못했던 정밀성과 반응성을 제공한다.

 또한, 연구팀은 앞으로 AI 분석과 데이터 기반 설계를 결합해 이 플랫폼의 지능형 기능을 한층 고도화하고, 대규모 생산과 임상 응용으로 확대될 것으로 전망한다. 이 기술은 신경, 심장, 췌장, 감각기관 등 다양한 조직에 적용할 수 있어 재생의학, 질병 모델링, 신약 개발 등 의료 분야에서 혁신적 변화를 불러올 것이다.

 

 

 장진아 교수는 “조직공학에 생체전자 기술을 더하면 보다 기능적이고 지능적인 인공조직을 구현할 수 있다”라며 “AI 기반 분석과 결합하면 인공조직이 스스로 기능을 정밀하게 모니터링하고 조절하는 플랫폼으로 발전할 것”이라고 말했다.

 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 바이오·의료기술개발사업, 보건복지부 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업과 산업통상자원부 바이오산업기술개발 사업의 지원을 받아 수행됐다. 

DOI: https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2025.05.018

1. 바이오하이브리드-공학조직 플랫폼(Biohybrid-engineered tissue (BHET) platforms) : 인공조직과 전자소자를 통합하여 조직 기능의 지속적인 모니터링, 조절, 그리고 피드백 제어를 가능하게 설계되어, 기존 조직공학 접근법의 간극을 메우는 것을 목표로 하는 플랫폼이다.

2. 조직-센서 플랫폼(Tissue-sensor platforms) : 전기 활동, 대사 지표, 또는 기계적 힘과 같은 인공조직의 생리학적 신호를 모니터링하기 위해 설계된 BHET 플랫폼의 한 범주다.

3. 조직-전기자극 플랫폼(Tissue-electromodulator platforms) : 세포의 행동 조절, 조직 성숙 촉진, 그리고 기능적 안정성 향상을 위해 인공조직에 정교한 전기 자극을 가하도록 설계된 BHET 플랫폼의 한 범주다.

4. 조직-자가조절 플랫폼(Tissue-communicator platforms) : 센서와 자극기를 하나의 폐쇄 루프 피드백 시스템 내에 통합하여, 인공조직이 생리학적 변화에 자율적으로 적응하고 기능 제어 할 수 있게 해주는 BHET 플랫폼의 한 범주다.