바이오 3D프린팅
작성자 : ikjaeclab 분류 : 마케팅 | 기획/계획수립 작성일 : 2018.02.08 14:43:15 조회 : 1581 키워드 : 바이오,3D프린팅,바이오프린팅,FDM
(질문/배경)
3D프린팅으로 시제품은 물론, 자동차, 건축물을 비롯해 인체에 들어가는 장기까지 만든다고 한다. 특히 살아 있는 세포를 잉크로 써서 장기를 만든다는 바이오프린팅이 무엇인지, 앞으로의 전망은 어떤지 궁금하다.
(바이오 3D 프린틴)
의료·바이오 분야에 3D 프린팅 기술이 접목된 바이오프린팅에 대한 연구개발이 활발히 진행 중이다. 3D 프린팅 기술의 바이오분야에 활용된 것은 2000년을 전후로 수지 적층조형(FDM) 방식에 생체친화성/생분해성 고분자를 결합한 인공 지지체(synthetic scaffold)를 제작함에 따라 가능해졌다.
인간 세포를 연속적으로 층층이 쌓아 올려 살아 있는 세포조직을 구성하기 위해, 세포를 포함한 젤리 같은 성분을 적층(積層) 방식으로 쌓는다. 젤리는 인체 온도(36.5도)에서 녹는 하이드로겔(hydrogel)로, 세포에 영양분을 공급하고 생존에 필요한 환경을 제공한다. 높은 온도에서 세포가 죽는 것을 방지하기도 한다. 세포의 종류가 다양한 만큼 생존 환경도 제각각이어서 이를 모두 충족하는 하이드로겔을 만드는 일은 어렵다.
3D바이오프린팅은 하이드로겔로 일단 원하는 모양을 만든 다음 세포를 증식, 분화시켜 3차원 조직을 만드는 것이다. 기본적으로 환자의 세포와 조직을 사용하기 때문에 신체 이식 후 거부반응이 없다.
CT나 MRI와 같은 의료영상으로부터 획득한 3차원 데이터를 이용하여 해당 장기나 조직 등을 3차원 프린팅하여 환자 맞춤형 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 3차원 스캐닝으로 수술 부위를 재현하여 사전 수술 시뮬레이션을 가능하게 하여 수술 성공률을 향상시킬 수 있다. 현재는 맞춤형 보청기, 틀니, 치과 임플란트 등의 신체보조기기를 제작하거나, 인공 귀, 의족 보조기기, 인공 뼈, 인공 관절 등을 제작한 사례가 있다. 그리고 아직 초기 연구단계이나 향후 인공피부 조직이나 인공장기 등이 제작 가능할 것으로 예상된다.
최근에는 형상기억까지 하는 4D프린팅 기술도 개발되었다. 4D 프린팅 기술은 미래의 의학기술에서도 다양한 기대를 모으고 있다. 이미 생분해성 소재를 이용해서 3D 프린팅을 하고, 시간이 지나면 체내에서 분해가 되며, 세포들이 자라서 들어갈 수 있는 임플란트 치료가 실제 임상에 도입되고 있다.
(바이오 3D프린팅 사례)
미국의 재생의학 업체 오가노보(Organovo)는 ‘3D 인공 신장’ 조직을 바이오프린팅하는 데도 성공했다. 영국의 재생의학 교수인 알렉산더 사이펠리안은 3D바이오프린팅을 통해 인공 귀 출력에 성공했다. 이 인공 귀는 이식받는 사람의 피부 아래에 있는 혈관과 결합해 몸의 일부가 될 수 있다.
3D바이오프린팅으로 출력해낸 신장과 혈관, 간 등의 인공 장기는 신약 개발에 시험용으로 쓰일 수 있어 아주 유용하다. 평면의 2차원 간 조직으로 독성 실험을 하여 신약을 개발할 경우 부작용이 클 수 있다. 하지만 실제 간과 흡사한 3D 간 조직으로 신약의 독성을 시험한다면 부작용이 줄어 한층 신뢰도를 높일 수 있다.
미국 웨이크포레스트 재생의학연구소의 앤서니 아탈라 교수팀은 인체의 핵심인 간, 심장 등 장기의 일부를 3D바이오프린팅 한 후 이들을 서로 연결해 ‘줄기세포를 이용해 장기의 최소 기능을 할 수 있도록 만든 3차원 세포집합체인 오가노이드(organoid)인 ‘인공 신체’를 구현하는 일에 성공했다.
서울성모병원 이종원 교수팀은 인공 신체를 만들어 코와 콧구멍이 없는 환자에게 성공적으로 이식했다. 조동우 포스텍 기계공학과 교수팀은 코·기도 지지대를 3D바이오프린터로 출력해 여섯 살짜리 안면기형 환자의 코를 재건하는 데 성공했다.
Tip
3D 바이오프린팅 시스템은 인간의 장기와 같은 기능을 하는 조직과 모형을 생산한다. 그 프로세스를 보면, 한 개인 자신의 세포나 다른 세포로부터 제 기능을 하는 장기 또는 유용한 세포를 만들기 위한 프린팅 디바이스와 생체조직과 장기의 설계를 명시한 의료용 이미지 데이터 및 소프트웨어에 의해 관리된다.
<참고자료·문헌>
3D 프린터로 뭘만들까? https://www.youtube.com/watch?v=23c4IPgHpWQ
3D 프린팅 세상을 출력하다 https://www.youtube.com/watch?v=kzH-q9m9LSE
바이오프린팅 http://blog.lgcns.com/948
4D 프린팅 http://www.hankookilbo.com/v/05b90c3c2c064431ae259d6bebfe6e34