(Coronary artery structure being 3-D bioprinted. Credit: Carnegie Mellon University College of Engineering)
장기 이식은 수많은 생명을 살린 기적의 기술이라고 할 수 있습니다. 하지만 동시에 이식 장기의 부족과 장기 이식시 면역 억제제 사용, 거부 반응 등 여러 가지 문제도 동시에 가지고 있습니다. 이를 극복할 대안으로 항상 거론되는 것이 바로 환자 자신의 줄기 세포를 이용한 맞춤형 장기 이식입니다. 이론적으로는 거부 반응도, 이식 장기의 부족도 걱정할 필요가 없지만, 문제는 이런 이식 장기를 만들기가 매우 어렵다는 것입니다.
그냥 줄기세포를 심장 근육 세포나 간세포로 유도 분화한 후 증식시킨다고 해당 장기가 되지는 않습니다. 예를 들어 벽돌로 건축물을 만들 수는 있지만, 벽돌을 아무렇게나 쌓아둔다고 건물이 되지 않는 것과 비슷합니다. 여기에 건물이 제대로 기능을 하려면 벽돌 뿐 아니라 시멘트와 철근, 기타 여러 건축 소재들이 들어가야 하는 것과 마찬가지로 한 가지 종류의 세포로만 조직이나 장기를 만들 수 없는 것도 문제입니다.
이 문제를 극복하는 일은 결코 쉬운 일이 아닌데, 바이오프린터 혹은 3D 바이오프린터 기술이 여기에 대한 해답을 제시할지도 모릅니다.
3D 프린팅 기술은 주로 현재는 플라스틱이나 금속같은 단단한 소재를 대상으로 하고 있습니다. 하지만 점차 다양한 소재를 대상으로 하는 기술로 발전 중에 있기도 합니다. 예를 들어 살아 있는 세포 역시 그 대상이 될 수 있죠.
현실적으로 세포 하나하나를 벽돌처럼 쌓는 일은 어렵기 때문에 대안으로 제시되는 방법은 세포를 포함한 젤리 같은 성분을 적층 방식으로 쌓는 것입니다. 그렇게 해서 일단 원하는 모양을 만든 다음 세포를 증식/분화시켜 3차원적인 조직을 만드는 것입니다.
카네기 멜론 대학의 아담 파인버그 교수(Adam Feinberg, an associate professor of Materials Science and Engineering and Biomedical Engineering at Carnegie Mellon University) 연구팀은 3D 프린터에 적합한 젤리 형태의 소재를 개발했습니다.
이들이 개발한 FRESH (Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels)은 세포를 지지할 수 있는 일종의 젤리 같은 하이드로젤을 출력하는 것으로 인체의 온도에서 녹는 젤리를 사용해서 높은 온도에서 세포가 죽는 일을 방지합니다.
(동영상)
이 바이오 3D 프린터는 동시에 높은 해상도로 혈관 같이 원하는 물체를 출력할 수 있습니다. 현재는 심장 세포를 포함하지 않았지만, 앞으로 연구는 살아있는 심장 세포를 배양해서 수축하는 근육을 만드는 연구를 진행할 예정이라고 합니다.
가까운 미래에 3D 바이오 프린터를 이용한 인공 장기가 가능하지는 않겠지만, 어쩌면 혈관이나 간단한 연골/뼈/피부 조직은 빨리 실용화 단계에 도달할지도 모릅니다. 이것만으로도 의료 분야에 일대 혁신을 가능하게 할 것입니다. 고통받는 환자들을 위해서 빠른 시일내에 혁신이 일어나기를 기대해 봅니다.
참고
"Three-dimensional printing of complex biological structures by freeform reversible embedding of suspended hydrogels," by T.J. Hinton et al.
댓글
댓글 쓰기