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3D 프린터로 인간의 를 만든다?

요즘 핫한 3D 프린팅 기술!

 


요즘 의학계가 떠들썩합니다. 사람이 직접 신체의 일부를 만드는 기술이 개발되었기 때문인데요. 이 기술로 인체 조직을 배양해 신체 기관을 만들고, 환자에게 이식까지 가능하다고 합니다. 말도 안 되는 듯한 이야기 일 법한데 사실이랍니다.

 

바로 ‘3D 바이오 프린팅 기술덕분이에요!

 


인공 귀 만들기, 참 쉽죠?

 

▲ 한,미 공동연구진이 3D 프린터로 찍어낸 귀 조직 

(해외문화홍보원 홈페이지)



우선 귀를 예로 들어 볼게요. 인공 귀 제작 방법은 의외로 간단하답니다. 우선 환자의 연골 세포를 배양해 인공 귀의 재료를 만듭니다. 그 후 귀 골격 도면을 3차원 데이터로 변환해 3D 바이오 프린터로 출력하면 끝! 참 쉽죠?


이런 인공 신체는 실제 인체 조직과 완전히 똑같은 모양으로 제작할 수 있답니다. 또한 환자의 신체 세포에서 추출한 재료로 만들었기에 이식했을 때 면역 거부 반응도 거의 없죠.

 

▲ 한,미 공동연구진이 개발해낸 3D 프린터 

‘조직-장기 통합 프린터(Integrated Tissue-Organ Printer, ITOP)’



이처럼 요즘 의료 분야에서의 엄청난 관심을 받고 있는 3D 바이오 프린팅 기술은 그 활용 가능성이 무궁무진하고 잠재 가치도 무척 큰데요. 이번 글에서는 3D 바이오 프린팅 기술이 무엇인지 소개하고, 이 기술의 원리도 함께 알아보겠습니다.

 


 

3D 프린터의 진화! 3D 바이오 프린터

 

3D 바이오 프린팅 기술에 대해 알아보기에 앞서, 기본 3D 프린터가 무엇인지 알아야겠죠?


3D 프린터는 1980년대 중반 척 헐(Chuck Hull) 박사가 개발했는데요말 그대로 얇은 평면을 층층이 쌓아 올려 입체감 있는 물체를 복제해내는 기술입니다


▲ 이렇게 한 겹씩 층층이 쌓아서... 


▲ 멋진 입체 형태 완성!



물건을 복제할 때 사용하는 재료는 주로 플라스틱 소재였는데요. 발명 초기에는 자동차와 비행기 등의 부품 제조 분야에 활용되었지만 현재는 건설, 의료, 식품, 패션 등 다양한 산업분야에 쓰이고 있답니다. 그래서 사용되는 재료도 고무, 금속과 같은 소재로 확대되었어요.

 

앞서 언급한 다양한 분야 중 생명과학 및 의료분야에 적용되는 기술이 바로 ‘3D 바이오 프린팅 기술입니다.

 


어떤 원리로 작동될까?


3D 바이오 프린팅의 기본 공정은 바이오 잉크를 활용해 설계 모델에서 본 뜬 이미지를 입체 형태로 구현해내는 것입니다. 방법은 크게 2가지로 구분됩니다. SLS(Selective Laser Sintering)FDM(Fused Deposition Modeling)이라고 불리는데요. SLS는 바이오 잉크 분말을 도포해 굳히는 방식이고 FDM은 플라스틱 소재의 필라멘트를 가열해 압출 한 뒤 상온에서 굳혀 쌓아올리는 방식이랍니다.




 

프린트가 잘 되려면 좋은 잉크를 써야 한다

 

프린터로 인쇄하려면 잉크가 필요한데요. 3D 바이오 프린팅을 할 때도 바이오 잉크가 필요하답니다. 바이오 잉크는 살아있는 세포와 성장인자 등으로 구성되어 있습니다. 상용화된 바이오 잉크로는 단백질, 다당류, 무기질 바이오 잉크 등이 있는데요. 바이오 잉크는 반드시 뛰어난 세포 친화성을 가져야하고, 프린팅 과정에서 발생하는 물리적 스트레스로부터 세포를 보호할 수 있어야 한답니다



또한 3차원 패터닝의 반복성, 생산성, 노즐의 막힘이 없어야 하는 등 프린팅 공정상에서 필요로 하는 물리적 성질도 가져야 하죠. 이처럼 바이오 잉크의 선별 기준은 무척 까다로운데요. 우수한 바이오 잉크의 개발은 뛰어난 3D 바이오 프린팅 기술 개발의 핵심이라 할 수 있답니다.

 


3D 바이오 프린팅, 어떤 변화를 가져올까

 

살아있는 세포를 원하는 형태로 쌓아올려 신체 조직·기관을 제작할 수 있는 3D 바이오 프린팅 기술. 이 기술이 더 발전한다면 좀 더 복잡한 인체기관까지 복제해낼 수 있다는데요. 그래서 이 기술이 앞으로 이식용 장기 부족 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대된답니다. 뿐만 아니라 인공 장기를 수술 연습에 활용할 수도 있어서 의료사고 예방까지 가능해질 거라고 하네요.

 

앞으로 연구가 계속되면 3D 프린팅을 넘어서 4D 프린팅 기술까지 만들어낼 수 있다고 합니다. 4D 프린팅 기술이란 3차원 물체가 환경 변화와 시간 흐름에 따라 스스로 모양을 변화하는 기술인데요. 이 기술까지 개발된다면 필요에 의해 형태를 바꾸는 똑똑한 생체조직까지 만들어낼 수 있을 거라고 해요.

 




아직도 풀어야 할 숙제가 많다

 

3D 바이오 프린팅은 발전 가능성이 매우 큰 기술이지만 풀어야 할 문제점도 아직 많답니다. 프린팅 기술의 해상도와 속도, 신뢰성이 부족해 실제 장기보다 물리적 강도와 생물학적 기능이 많이 떨어지거든요.

 

아직은 한계가 많은 기술이지만 이를 극복하기 위해서 앞으로도 꾸준히 연구가 이루어질 예정입니다. 또한 3D 바이오 프린팅으로 만든 인공 장기의 신체 이식이 시도되고 있는 현시점이 기술 개발 초기 단계임을 고려한다면 앞으로 이 기술의 발전 가능성은 매우 크다고 할 수 있습니다. 큰 가능성을 가진 기술인만큼 앞으로 섬세하고 치밀하게 기술 연구가 이루어지고 윤리적인 기준도 마련되어야 할 것입니다.




 

종이에 글자를 인쇄하던 프린팅 기술이제는 우리 삶을 이어나가는 생명선을 그리고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

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