(Full-thickness living skin was 3D printed to precisely correct a significant skin injury during surgery. Credit: Kang et al.)
(Schematic of the process of 3D-printing living skin. Credit: Kang et al.)
바이오 3D 프린터는 세포와 세포가 자랄 수 있는 물질을 함께 출력해 진짜 조직과 비슷한 3차원 구조를 만들 수 있는 기술이라는 점에서 주목받고 있습니다. 벽돌만 쌓아 놓는다고 해서 건물이 될 수 없듯이 조직이 제대로 기능을 하기 위해서는 여러 가지 세포가 3차원적으로 잘 배치되어 서로 유기적으로 연결되어야 합니다. 아직 조직을 100% 재생할 수 있는 바이오 3D 프린터 기술은 없지만, 과학자들은 연구를 통해 점점 그 목표에 다가서고 있습니다.
펜실베니아 대학의 이브라힘 오즈볼랏(Ibrahim Ozbolat)이 이끄는 연구팀은 쉽게 구할 수 있는 환자의 지방 세포에서 줄기 세포와 세포외질 (extracelluar matrix)를 이용해 피부의 세 가지 층을 재생할 수 있는 바이오 3D 프린터를 연구했습니다.
피부는 보통 동물, 특히 포유류에서 가장 부피가 클 뿐 아니라 무게로도 가장 큰 편에 속합니다. 그냥 생각하기에는 얇은 조직 같지만, 실제로는 세 개의 층으로 되어 있는 복잡한 조직이기도 합니다. 가장 밖에 있는 피부층은 표피 (epidermis)는 주로 보호의 기능을 담당하며 그보다 깊이 있는 진피 (dermis)는 혈관과 신경, 땀샘, 모낭 등이 위치해 피부의 주요 기능을 담당합니다. 가장 아래층인 피하조직 (hypodermis)는 피하지방이 분포해 단열 기능을 하고 피부를 뼈나 근육 등에 연결하는 역할도 담당합니다.
가장 위의 표피만 해도 기저층(stratum basale), 가시층(stratum spinosum), 과립층(stratum granulosum), 각질층(stratum corneum)의 네 가지의 층으로 이뤄진 복잡한 구조라서 웬만해서는 3D 프린터로 제대로 출력하기가 쉽지 않습니다.
피부를 재생하는 줄기 세포는 주로 피하조직에 있는 지방조직에 분포하기 때문에 연구팀은 이 지방 줄기 세포를 추출하고 동시에 실제 피부 재생에서 기반이 되는 지방 세포외질도 같이 추출했습니다. 이를 이용해서 별도의 바이오 잉크를 만든 후 접착제 역할을 할 피브리노겐을 포함한 세 번째 바이오 잉크를 만들었습니다.
연구팀은 이렇게 만든 3개의 바이오 잉크를 3D 프린터를 이용해 인위적으로 만든 쥐의 상처에 직접 출력했습니다. 줄기 세포만이 아니라 세포외기질과 피브리노겐을 동시 출력하는 방식으로 상처에 직접 세포가 안착하고 성장할 수 있게 도운 결과 연구팀은 진피와 피하조직이 상처에서 생성되는 것은 물론 표피까지 새롭게 자라나는 것을 확인할 수 있었습니다. 일부는 모낭 같은 핵심적이고 재생이 어려운 조직까지 자라났습니다.
연구팀은 이 기술이 상처 부위의 빠른 회복을 도울 뿐 아니라 얼굴 같이 중요한 부위에서 흉터를 없애고 사라진 머리카락을 되돌릴 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 물론 그렇게 되기까지 많은 연구가 남아 있지만, 상처 부위에 직접 출력하는 3D 프린터라는 점에서 획기적인 성과로 생각됩니다. 하지만 동영상은 약간 혐짤이네요.
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