(The in-lab 3D printing system: a) the mechanical-extrusion system developed in-house mounted to the multi-arm bioprinter, b) thermal images obtained during the extrusion deposition with FLIR (forward looking infrared) camera to detect the temperature range during polymer fabrication. Credit: Journal of Materials Research (2018). DOI: 10.1557/jmr.2018.111)
살아있는 장기나 조직을 3D 프린터로 출력하는 일은 실제 의료 현장 보다 SF 영화에서 더 그럴듯한 모습입니다. 하지만 많은 연구자들이 science fiction을 science fact로 만들기 위해 경쟁적으로 이 분야에 뛰어들고 있습니다. 펜실베이니아 주립대의 연구팀은 새로운 바이오 프린터를 소재를 이용해서 뼈를 자라게 만들 수 있는 BTE(bone tissue engineering) 기술을 저널 Journal of Materials Research에 발표했습니다
이들이 사용한 잉크는 생물학적으로 적합한 합성 물질인 polycaprolactone (PCL), poly (D,L-lactic-co-glycolide) acid (PLGA)와 hydroxyapatite (HAps)로 만든 것으로 살아있는 세포를 출력한 것은 아니지만, 뼈를 반드는 조골세포 (osteoblast)가 달라붙어 새로운 뼈를 만드는 기초가 됩니다.
사실 바이오 3D 프린팅에서 가장 어려운 문제는 출력한 세포나 물질이 진짜 조직과 유사한 3차원적 구조와 기능을 지니게 하는 것입니다. 뼈조직은 상대적으로 구조가 단순하고 움직이는 부분이 없어 바이오 3D 프린터 분야에서 실제 상용화가 빠를 것으로 기대하고 있지만, 역시 진짜 뼈처럼 만들기는 쉽지 않습니다.
연구팀에 의하면 이 새로운 잉크는 쉽게 분해되는 물질로 동물실험에서 실제 골조직으로 대체되었다고 합니다. 물론 없는 뼈를 만드는 것은 아니고 뼈의 손실된 부분에 임플란트 형태로 삽입해 새로운 뼈가 자라나게 하는 것입니다. 물론 이 정도라도 가능하다면 상당한 혁신이라고 할 수 있습니다. 간단히 달성할 수 있는 목표는 아니지만, 많은 연구자들이 노력하는 만큼 결국 미래에는 현실이 될 것으로 기대됩니다.
참고
Kazim K. Moncal et al. 3-D printing of poly(ε-caprolactone)/poly(D,L-lactide-co-glycolide)/hydroxyapatite composite constructs for bone tissue engineering, Journal of Materials Research (2018). DOI: 10.1557/jmr.2018.111
A decade of progress in tissue engineering www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27583639Khademhosseini A., and Langer R., 2016, Nature Protocols.
Towards 4-D printed scaffolds for tissue engineering: exploiting 3-D shape memory polymers to deliver time-controlled stimulus on cultured cells www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28726680Hendrikson et al, 2017, Biofabrication.
Bone substitutes in orthopaedic surgery: from basic science to clinical practice. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24865980 Campana et al, 2014, Journal of Materials Science, Materials in Medicine.
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