현재 장기이식 명단에 오른 수 십만의 사람들이
그들의 목숨을 살릴 수 있는 신장, 심장, 간 등과 같은
주요 장기를 기다리고 있습니다.
안타깝게도,
기증 장기는 그 요구를 충족할 만큼 충분하지 않습니다.
만일 이렇게 기다리는 대신,
완전히 새롭고 개개인에 맞는 장기를 처음부터 만들 수 있다면 어떨까요?
이것이 바로 바이오프린팅의 발상으로,
현재 개발중인 재생의학의 한 분야입니다.
아직 복잡한 기관까지는 만들어 낼 수 없지만,
영양분과 노폐물을 교환하는 역할을 하는
혈관이나 체내 관 등의 단순한 조직들을 만드는 것은
이미 실현 가능합니다.
바이오프린팅은 3D 프린팅을 생물학적으로 응용한 것으로,
재료를 한 번에 한 층씩 겹겹이 쌓아 올려
3차원의 사물을 만들어 내는 기술입니다.
금속, 플라스틱 또는 세라믹 대신
장기와 조직을 만드는 3D 프린터는 바이오 잉크라는
살아있는 세포를 함유한 프린트 가능한 재질을 사용합니다.
대부분의 바이오 잉크는 하이드로겔이라는 물이 풍부한 분자입니다.
이를 수백만의 살아있는 세포와 결합시키는데
세포들이 소통하고 성장하게 만드는 다양한 화학 물질도 포함시킵니다.
어떤 바이오 잉크는 한 가지 종류의 세포만 함유하는 반면
어떤 것들은 몇몇 다른 종류를 결합해 좀 더 복잡한 구조를 만들어 냅니다.
여러분이 반월판을 만들려고 한다고 가정해 보죠.
이는 무릎의 연골 부위로
정강이뼈와 대퇴골이 서로 갈리는 것을 막기 위해 존재합니다.
이는 연골세포로 이루어져 있는데
바이오 잉크를 만들려면 많은 양의 연골세포가 필요합니다.
이 세포들은 기증자에게서 얻은 세포계를 실험실에서 복제하거나
환자 본인의 조직으로부터 가지고 와서
몸이 거부반응을 일으키지 않을만한 맞춤형 반월판을 만들 수도 있습니다.
이를 제작하는 다양한 기술들이 있는데
가장 유명한 것은 압출 기반 바이오프린팅입니다.
이는 프린팅 챔버에 채운 바이오 잉크를
프린팅 헤드에 부착된 둥근 노즐을 통해 밀어내는 방법입니다.
잉크는 직경 400미크론도 되지 않는 노즐을 통해 압출되어
연속 필라멘트를 만들어 낼 수 있는데
이는 대략 사람의 손가락 두께 정도입니다.
전산화된 이미지나 파일이 출력물의 위치를
평평한 표면이나 액체 수조 안으로 지정해 주어
안정화 될 때까지 제자리에서 구조를 유지할 수 있도록 도와줍니다.
이 프린터들은 빨라서 반월판을 30분만에 만들어 낼 수 있고
한 번에 한 개씩 만들 수 있습니다.
프린트 후에 어떤 바이오잉크들은 그 즉시 굳어지기도 하고
어떤 것들은 자외선이나 별도의 화학적 또는 물질적 과정을 거쳐야
구조를 안정화시킬 수 있습니다.
만약 프린트 과정이 성공적이라면
인공 조직의 세포들이
실제 조직의 세포들이 하는 방식 그대로 활동하기 시작할 것입니다.
서로 신호를 보내고, 영양분을 교환하고 증식하는 등의 활동이죠.
우리는 반월판처럼 비교적 단순한 구조물을 만들어낼 수 있습니다.
바이오프린트로 제작한 방광을 성공적으로 이식해 왔고
또 프린트한 조직으로 쥐의 안면 신경 재생을 촉진시키는 데 성공했습니다.
연구원들은 폐 조직, 피부, 연골 뿐만 아니라
축소화 되고 약식 기능을 가진 신장, 간, 심장도 만들었습니다.
하지만 주요 장기의 복잡한 생화학적 환경을 복제하는 것은
상당히 어려운 과제입니다.
압출 기반의 바이오프린팅은
노즐이 너무 작거나 출력 압력이 너무 셀 경우
상당수의 세포를 파괴할 수도 있습니다.
가장 풀기 어려운 과제는
실제 크기의 장기의 모든 세포들에게 어떻게 산소와 영양을 공급하느냐입니다.
그렇기 때문에 지금까지 가장 성공적인 결과물이
평평하거나 속이 뚫린 구조물인 것이고
연구원들이 혈관과 바이오프린팅 조직을 결합시키는 방법을 개발하기 위해
열을 올리는 것입니다.
바이오프린팅은 엄청난 가능성을 가지고 있어서
사람의 목숨을 살리고 또 우리의 장기가 우선적으로
어떻게 작동하는지에 대한 이해를 증진시켜 줄 수 있습니다.
이 기술은 무궁무진한 가능성의 길을 열어 줍니다.
전자 장치를 삽입한 바이오프린팅 조직을 예로 들 수 있죠.
언젠가 우리는 현재 인간의 능력을 능가하는 장기를 제작하거나
불에 타지 않는 피부 같은 것들을 만들게 될 수도 있을까요?
우리 장기를 프린팅 장기로 대체하면 수명을 얼마나 늘릴 수 있을까요?
그리고 정확히 누가 또 무엇이
이 기술과 놀라운 결과물에 접근성을 갖게 될까요?