생화학분자생물학회

Engineered whole cut meat-like tissue by the assembly of cell fibers using tendon-gel integrated bioprinting

김경지 

한국생명공학연구원 감염병센터

  최근 배양육(cultured meat)과 포유류 세포 기반의 고기(mammalian cell-based meat)는 대부분 구조화되지 않으며, 배양육은 맛, 근육과 지방세포의 비율, 식감의 조작을 통해 고기를 모방할 가능성이 높다. 실제 고기는 수축과 이완의 행동을 위해 힘줄(tendon)과 섬유(fiber)가 조직적으로 배열돼 있다. 그러므로, 본 논문은 힘줄과 세포 섬유(cell fibers)를 배양한 겔을 통합한 바이오프린팅(bioprinting) 기술을 이용하여 실제 고기를 모방한 기술을 제안하였다. 또한, 먹을 수 있는 소로부터 추출한 수반세포(bovine satellite cell: bSC) 및 지방유래 줄기세포(bovine adipose-derived stem cell: bADSC)를 이용하여 근육세포(muscle), 지방세포(adipose), 혈액 모세혈관 세포(blood capillaty) 섬유의 구조화에 대한 기술을 보고한다. 가공된 스테이크와 같은 고기의 구조화를 위한 전략 세 가지 중 첫 번째는 소고기로부터 먹을 수 있는 소의 수반세포와 소의 지방유래 줄기세포를 모집하고 배양한다. 두 번째는 소의 수반세포와 지방유래 줄기세포로부터 각각 다른 분화 환경 및 분화 인자를 제공하여 근육, 지방, 혈액 모세혈관 섬유로 각각 분화를 유도하고, 섬유들 구조화하기 위해 힘줄과 겔이 통합된 바이오프린팅(tendon-gel-integrated bioprinting: TIP)에 각각의 세포를 프린팅한다. 이때 힘줄은 근육섬유 정렬과 성숙을 위한 핵심 역할을 한다. 겔은 4 wt % collagen nanofiber solution을 함유한 tendon gel과 supporting bath로써 이용하기 위한 G-gel(granular particles of gelatin)을 사용한다. 세 번째는 실제 소고기처럼 조직학적인 구조로 모방하기 위해 TIP 내에서 배양된 42개의 근육세포 섬유, 28개의 지방세포 섬유, 2개의 혈관 세포 섬유를 하나의 조직으로 조립한다. 

  본 논문을 통해 배양육을 위한 소 세포를 프린트하기 위한 TIP 기반 세포 프린팅은 미래의 근육 조직 공학에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나, 본 논문은 세포 섬유의 다양한 종류를 한 번에 배양하여 큰 조직을 제작하려 하였으나, 각각 다른 세포로 분화시키기 위해서는 특정한 배지를 제공해야 했기 때문에 개별적으로 세포를 배양시켰다는 한계점이 있으며, 개발된 고기는 작으며 식용이 불가하기 때문에, 큰 규모로 생산이 가능하고 식용이 가능한 배양육 개발이 필요하다. 

논문출처: Nature communications. 2021 Aug 24;12(1):5059

저자: Kang DH, Louis F, Liu H, Shimoda H, Nishiyama Y, Nozawa H, Kakitani M, Takagi D, Kasa D, Nagamori E, Irie S, Kitano S, Matsusaki M.