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3D 프린터를 이용한 인공 혈관 제조 기술


 

(The effect of strengthening a volumetrically printed tube with 20, 40 or 60 layers of melt-electrowritten scaffold. Credits: LevatoLab, UMC Utrecht, Reproduced under the terms of the Creative Commons CC-BY 4.0 License)

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여러 가지 이유로 중요한 혈관이 손상되거나 막히면 수술이나 시술을 통해 이를 치료해야 합니다. 부득이한 경우 다른 혈관을 떼어서 이식하거나 혈관 내 인공 이식물인 혈관 스텐트나 다른 도구를 넣어서 형태와 기능을 유지해야 합니다. 이때 종종 혈관의 상태가 좋지 않으면 이식에도 애를 먹게 됩니다.

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따라서 인공적인 장기와 조직을 만드는 3D 바이오프린팅 연구자들은 진짜 같은 인공 혈관을 만들기 위해 노력하고 있습니다. 그중 하나인 네덜란드 위트레흐트 재생 의학 센터 (Regenerative Medicine Center Utrecht (RMCU))의 연구자들은 볼루메트릭 바이오프린팅 (Volumetric bioprinting) 기술과 3D 프린팅 기술 중 하나인 MEW (melt electrowriting) 기술을 동시에 이용한 인공 혈관 제조 방법을 개발했습니다.

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볼루메트릭 바이오프린팅은 세포가 들어 있는 바이오젤을 잉크로 이용해 3차원 구조물을 만드는 것입니다. 하지만 이렇게 만든 구조물은 매우 얇고 약해서 많은 압력을 받는 혈관으로 사용하기에는 부적합합니다. MEW 기술은 매우 작은 생분해성 플라스틱을 녹여 튼튼한 구조물을 만드는 기술이지만, 열 때문에 세포가 죽기 때문에 바이오 프린팅에는 적합하지 않습니다.

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연구팀은 우선 생분해성 플라스틱으로 혈관의 거푸집에 해당하는 구조물을 만들고 안쪽과 바깥쪽을 볼루메트릭 바이오프린팅으로 바이오 잉크를 출력하는 방식으로 실제 혈관과 비슷한 인공 혈관을 만들었습니다. 내부에는 혈관 내피 세포가 자라게 하고 3D 프린터로 출력할 때 작은 구멍을 만들어 실제 혈관처럼 물질 이동이 가능하게 만든 것입니다. 정맥의 경우 역류를 방지하기 위한 정맥판 추가로 끼워 넣을 수 있습니다.

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현재는 개념 검증 단계이지만, 혈관은 복잡한 장기에 비해 단순한 구조를 지닌 조직이면서 3D 프린터로 출력하기에 적합한 형태이기 때문에 과거부터 많은 연구가 이뤄지고 있습니다. 환자 자신의 세포로 만들어진 인공 혈관은 거부 반응에 대한 걱정이나 면역 억제제 없이 실제 혈관과 동일한 역할을 할 수 있습니다. 지금처럼 연구가 계속되면 결국 언젠가는 실제 임상에서 사용할 수 있는 수준의 인공 혈관이 나오게 될 것으로 생각합니다.

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참고

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https://newatlas.com/medical/melt-electrowriting-artificial-blood-vessels/

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https://www.eurekalert.org/news-releases/991705

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202300756

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