기본 콘텐츠로 건너뛰기

3D 바이오프린팅으로 인공장기 만들 수 있을까?



(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

이 블로그의 인기 게시물

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...

이빨이 다시 진화한 개구리

  ( CT scans of Gastrotheca guentheri skulls revealed what appeared to be identical rows of teeth on both the upper and lower jaws, which researchers later confirmed through dissection. Credit: Florida Museum/Daniel Paluh )  개구리는 2억년 전 진화 과정에서 이빨을 잃어버리고 큰 턱과 혀를 이용해 곤충 같은 작은 먹이를 잡아 먹는 방향으로 진화했습니다. 파충류나 포유류 같은 다른 사지류와의 경쟁에서 밀려 양서류가 쇠퇴하고 멸종하던 시기에도 개구리는 여전히 생존할 수 있었던 비결입니다.   이빨이 없는 덕분에 큰 혀를 발사하기 편해졌을지는 모르지만, 이빨이 없으면 종종 불편할 때가 있습니다. 씹는 대신 삼키기 때문에 음식을 씹을 수 없다는 점은 문제되지 않지만, 필사적으로 달아나려는 먹이를 잡기 힘들기 때문입니다. 이런 이유 때문에 일부 개구리는 이빨 같이 보이는 엄니 (fang)을 지니고 있으나 이는 사라진 이빨이 다시 난 것이 아니라 다른 부분이 진화한 것입니다.   이는 돌로의 법칙 ( Dollo's Law )으로 알려져 있습니다. 진화 과정에서 퇴화한 부분이 다시 생겨나지 않으며 대신 필요하면 다른 부분이 진화해 그 역할을 대신한다는 것입니다. 예를 들어 아가미가 사라진 사지 동물은 다시 물에 들어온다고 해도 아가미가 다시 생기진 않습니다. 대신 고래처럼 폐가 커져서 그 기능을 대신하게 됩니다.   하지만 모든 법칙엔 예외가 있기 마련입니다. 남미에서 발견된 멸종 위기 개구리 중 하나인 구엔터 유대류 개구리 ( Gastrotheca guentheri, Guenther's marsupial frog, dentate marsupial frog)는 완전한 형태의 이빨을 지니고 있습니다. 참고로 유대류 개구리라는 명칭은...