3D 근육 조직 모델에는 어떤 바이오잉크가 적합할까?

3D 바이오프린팅을 이용해 골격근(Skeletal Muscle) 조직을 구현하는 연구​가 활발해지면서 Myoblast를 3차원 환경에서 배양하고, Myotube 형성과 근육 세포의 분화를 유도할 수 있는 바이오잉크에 대한 관심도 높아지고 있습니다.

하지만 근육 조직은 단순히 세포를 hydrogel 내부에 넣어 배양하는 것만으로 충분하지 않습니다.

Myoblast의 생존과 증식뿐 아니라 cell adhesion, migration, myogenic differentiation 및 myotube formation​까지 고려할 수 있는 세포외기질(ECM) 환경이 필요합니다.

그렇다면 3D 골격근 조직 모델을 제작하려면 어떤 바이오잉크를 선택해야 할까요?

골격근 연구에서 Laminin이 중요한 이유

Laminin은 extracellular matrix를 구성하는 주요 단백질 중 하나로 세포의 부착, 이동 및 분화에 중요한 역할을 합니다.

특히 Laminin 121은 초기 조직 발달 단계에서 널리 발현되며 placenta, kidney와 함께 skeletal muscle tissue에서 prominent하게 나타나는 Laminin isoform입니다.

CELLINK는 이러한 특징을 활용해 Laminin 121이 포함된 tissue-specific bioink인 CELLINK LAMININK 121과 GelXA LAMININK 121을 제공하고 있습니다.

현재 CELLINK의 Bioink Selector에서도 두 제품을 Skeletal Muscle Cell 연구용 바이오잉크로 추천하고 있습니다.

CELLINK LAMININK 121

CELLINK LAMININK 121은 CELLINK Bioink의 안정적인 printability에 Laminin 121을 추가한 tissue-specific bioink입니다.

Laminin 121은 세포의 adhesion, migration 및 differentiation을 지원하며, skeletal muscle을 비롯해 brain, kidney 및 liver cell의 3D culture를 위한 base material로 활용할 수 있습니다.

또한 Nanofibrillated Cellulose 기반 formulation을 사용해 extrusion-based 3D bioprinting에 필요한 shape fidelity를 제공하며, 출력 후 CaCl₂ Crosslinking Agent를 이용하여 간편하게 구조물을 안정화할 수 있습니다.

CELLINK LAMININK 121의 주요 특징

• Laminin 121 함유

골격근 조직에서 중요한 ECM protein인 Laminin 121을 포함하여 skeletal muscle cell의 3D culture 환경 구현에 활용할 수 있습니다.

• Myoblast 3D Culture 연구

Myoblast를 바이오잉크와 혼합하여 cell-laden 3D construct를 제작하고 근육세포의 성장 및 분화 연구에 활용할 수 있습니다.

• 안정적인 Extrusion Bioprinting

Nanofibrillated Cellulose 기반 formulation으로 안정적인 extrusion과 높은 shape fidelity를 지원합니다.

• 간편한 Ionic Crosslinking

CaCl₂를 이용해 출력된 construct를 가교할 수 있어 복잡한 광가교 시스템 없이 3D structure를 안정화할 수 있습니다.

• Tissue-Specific Bioink

범용 hydrogel과 달리 Laminin이라는 생물학적 ECM component를 포함하여 tissue-specific 3D culture 연구에 활용할 수 있습니다.

GelXA LAMININK 121은 무엇이 다를까?

보다 다양한 물성 조절과 광가교가 필요한 연구에는 GelXA LAMININK 121을 고려할 수 있습니다.

GelXA LAMININK 121은 Laminin 121의 biological cue를 GelXA 기반 formulation에 적용한 바이오잉크입니다.

GelXA platform은 GelMA 기반의 photocrosslinkable component를 포함하면서 ionic crosslinking도 활용할 수 있어, 연구 목적에 따라 보다 다양한 crosslinking 조건을 설정할 수 있습니다.

따라서 단순한 extrusion printing을 넘어 광가교를 이용한 construct 안정화 및 mechanical property 조절이 필요한 근육 조직공학 연구에서 활용할 수 있습니다.

CELLINK LAMININK 121과 GelXA LAMININK 121, 무엇을 선택해야 할까?

두 제품 모두 Laminin 121을 포함하고 골격근 세포의 3D culture에 사용할 수 있지만 가교 방법과 formulation에서 차이가 있습니다.

CELLINK LAMININK 121

→ Extrusion-based 3D Bioprinting
→ Nanofibrillated Cellulose 기반
→ CaCl₂ Ionic Crosslinking
→ 간편한 3D Muscle Construct 제작
→ 안정적인 Shape Fidelity가 중요한 연구

GelXA LAMININK 121

→ GelMA 기반 GelXA formulation
→ Laminin 121 포함
→ Photocrosslinking 활용 가능
→ Ionic Crosslinking과 조합 가능
→ Hydrogel 물성 조절이 중요한 연구

따라서 어떤 제품이 무조건 더 좋은 것이 아니라 사용하려는 세포, 필요한 construct stiffness, 가교 방법 및 보유한 바이오프린터 시스템​에 따라 선택하는 것이 중요합니다.

3D 골격근 연구에서는 무엇을 확인해야 할까?

근육 조직을 바이오프린팅할 때는 바이오잉크의 종류 외에도 여러 조건을 함께 고려해야 합니다.

대표적으로 다음과 같은 요소가 중요합니다.

• Myoblast Cell Type
• Cell Density
• Bioink Composition
• Construct Stiffness
• Printing Pressure
• Nozzle Size
• Crosslinking Condition
• Cell Alignment
• Myogenic Differentiation
• Myotube Formation
• Culture Period
• Nutrient & Oxygen Supply

특히 골격근 조직은 실제 조직에서 근섬유가 일정한 방향으로 배열된 anisotropic structure를 형성합니다.

따라서 단순한 세포 생존율뿐 아니라 바이오프린팅 후 세포가 특정 방향으로 성장하고 myotube를 형성할 수 있도록 구조적 디자인과 mechanical cue를 함께 고려하는 것이 중요합니다.

혈관이 포함된 근육 조직도 만들 수 있을까?

두꺼운 3D 근육 조직을 제작할수록 세포에 산소와 영양분을 공급하는 문제가 중요해집니다.

이 때문에 최근에는 근육 조직 내부에 Perfusable Microchannel을 함께 제작하는 연구도 진행되고 있습니다.

CELLINK의 BIO X6를 활용한 연구 사례에서는 C2C12 myoblast가 포함된 GelMA–Alginate 기반 bioink와 sacrificial material을 함께 출력하여 내부에 microchannel을 갖는 skeletal muscle tissue를 구현했습니다.

이러한 방식은 단순한 Muscle Construct를 넘어 Vascularized Muscle Model 또는 Perfusable Muscle Tissue Model을 연구하는 방향으로 확장할 수 있습니다.

CELLINK FIBRIN을 근육 연구에 활용한 사례도 있습니다

CELLINK에서는 Fibrin 계열 바이오잉크를 이용한 skeletal muscle 연구 사례도 공개하고 있습니다.

C2C12 Myoblast를 CELLINK FIBRIN에 encapsulation하여 3D bioprinting한 연구에서는 세포가 장기간 생존하면서 myogenic differentiation을 진행했으며, Myotube 형성과 Actin 및 Myosin filament 형성이 관찰되었습니다.

따라서 연구 목적에 따라서는 LAMININK 121뿐 아니라 Fibrin 기반 바이오잉크 역시 Myoblast 및 Muscle Tissue Engineering 연구 후보로 검토할 수 있습니다.

다만 현재 CELLINK 공식 Bioink Selector에서 Skeletal Muscle Cell용으로 우선 추천되는 제품은 CELLINK LAMININK 121과 GelXA LAMININK 121입니다.

어떤 연구에 활용할 수 있을까?

CELLINK LAMININK 121 계열은 다음과 같은 연구에서 고려할 수 있습니다.

• Skeletal Muscle Tissue Engineering
• 3D Muscle Tissue Model
• Myoblast 3D Culture
• C2C12 Cell Bioprinting
• Myogenic Differentiation
• Myotube Formation
• Muscle Regeneration Research
• Muscle Disease Model
• Drug Screening
• Regenerative Medicine
• Vascularized Muscle Tissue
• Neuromuscular Research
• 3D Bioprinting

골격근과 심근 바이오잉크는 같은 제품을 사용해야 할까?

주의할 점은 Skeletal Muscle과 Cardiac Muscle을 구분해야 한다는 것입니다.

골격근 세포 연구의 경우 CELLINK는 LAMININK 121 계열을 권장하고 있습니다.

반면 Cardiomyocyte와 같은 Cardiac Cell 연구에는 CELLINK LAMININK 521 및 GelXA LAMININK 521을 별도로 추천하고 있습니다.

따라서 연구자가 단순히 “근육 바이오잉크”를 찾고 있다면 먼저

골격근(Skeletal Muscle) 연구인지,
심근(Cardiac Muscle) 연구인지

확인한 뒤 적합한 바이오잉크를 선정하는 것이 좋습니다.

내 Muscle Research에는 어떤 바이오잉크가 적합할까?

3D 근육 모델 제작에서는 바이오잉크 하나만 선택한다고 연구 조건이 완성되는 것은 아닙니다.

사용하려는 Myoblast 또는 Stem Cell의 종류, 필요한 stiffness, 세포 정렬 방향, construct 크기, 가교 방법 및 사용 중인 바이오프린터에 따라 최적 조건이 달라질 수 있습니다.

골격근 연구

→ CELLINK LAMININK 121
→ GelXA LAMININK 121
→ 연구 목적에 따라 Fibrin 계열 검토

심근 연구

→ CELLINK LAMININK 521
→ GelXA LAMININK 521

닥터바이오에서는 CELLINK 3D 바이오프린터와 바이오잉크를 기반으로 연구 목적과 세포 종류에 맞는 제품 선택 및 적용 조건에 대한 상담을 지원하고 있습니다.

Skeletal Muscle Tissue Engineering, Myoblast 3D Culture 또는 근육 조직 바이오프린팅을 준비하고 계시다면 닥터바이오 문의하기를 통해 상담해 주세요.

※ 본 제품은 연구용(Research Use Only) 제품이며 인체용으로 사용할 수 없습니다.

CELLINK 3D 바이오프린팅 솔루션 상담

연구 목적과 사용하려는 세포·바이오잉크, 필요한 구조 및 실험 Workflow를 알려주시면 적합한 3D 바이오프린팅 솔루션을 함께 검토해 드립니다.

㈜닥터바이오는 CELLINK 3D 바이오프린터 및 바이오잉크에 대한

제품 선정 · 견적 · 데모 · 기술 상담

을 지원하고 있습니다.

▶ 제품 및 연구 솔루션 문의하기 

닥터바이오 LinkedIn에서도 만나보세요

3D 바이오프린팅을 비롯한 바이오 연구장비, 최신 Application, 제품 활용 정보와 닥터바이오의 다양한 소식을 LinkedIn에서도 소개하고 있습니다.

홈페이지의 기술자료와 함께 LinkedIn을 팔로우하시면 새로운 연구 솔루션과 콘텐츠를 보다 편리하게 확인하실 수 있습니다.

▶ 닥터바이오 LinkedIn 페이지 바로가기