실제 폐처럼 ‘숨 쉬는 인공 폐’ 개발

정성준 포항공대 교수 연구팀

비눗방울에서 착안한 ‘초박막 폐’

24만번 호흡 실험에 안정적 작동

실제 폐처럼 부풀고 줄어들며 움직이는 ‘숨 쉬는 인공 폐’를 국내 연구진이 개발했다. 포항공과대학교(POSTECH)는 정성준 신소재공학과·IT융합공학과 교수(사진) 연구팀이 폐 속 공기주머니인 폐포의 움직임을 재현하고 폐 세포 반응까지 관찰할 수 있는 ‘초박막 인공 폐’를 개발했다고 18일 밝혔다.

사람의 폐는 숨을 들이마실 때 부풀고, 내쉴 때 줄어든다. 폐 안쪽의 작은 공기주머니인 폐포도 이런 움직임을 반복한다. 이 움직임은 공기만 주고받는 역할에 그치지 않고 폐 세포 성장과 기능, 염증 반응에도 영향을 준다.

폐 질환 원인을 밝히거나 치료제 효과를 확인하려면 실험실에서도 실제 폐와 비슷한 움직임을 만들어낼 필요가 있다. 하지만 기존 폐 세포 배양 기술에선 대부분 평평하고 멈춰 있는 바닥에서 세포를 키워 실제 폐의 움직임을 구현하기 어려웠다.

연구팀은 비눗방울에서 아이디어를 얻었다. 비눗방울은 액체가 스스로 얇은 막을 만들면서도 형태를 유지하고 자유롭게 움직인다. 연구팀은 원하는 모양의 틀을 히드로겔(hydrogel) 용액에 담갔다가 꺼내는 방식으로 매우 얇은 막을 만들었다. 히드로겔은 물을 많이 머금은 부드러운 소재다.

이렇게 제작된 초박막은 실제 폐포처럼 부드럽고 유연하면서도 반복되는 움직임을 견딜 수 있었다. 연구팀은 초박막 아래에서 압력 변화를 반복적으로 만들어내는 장치도 개발했다. 사람이 숨을 쉴 때 폐 안 압력이 달라지는 원리를 본뜬 것이다.

그 결과 초박막은 실제 폐처럼 늘어났다가 줄어들었고, 약 24만번 호흡에도 안정적으로 작동했다.

연구팀은 이번 기술이 동물실험이나 기존 세포 배양으로 확인하기 어려운 약물 반응을 사람 폐와 비슷한 환경에서 살피는 데 활용될 수 있을 것으로 보고 있다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 산업통상부 바이오산업기술개발사업의 지원을 받아 진행됐다.