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새로운 의학의 시대가 열리다, 3D 바이오 프린터

[2019-07-10, 11:00:18]

 

 

 

 

원하는 입체 모형을 마음껏 만들 수 있는 3D 프린터의 등장에도 잠시, 인공 장기와 인공 피부를 만들어 낼 수 있다는 기능으로 전세계의 이목을 집중시키고 있는 3D 바이오 프린터! 그 속을 샅샅이 파헤쳐 보자.

 

기존의 3D 프린터와는 달리 바이오라는 이름을 걸고 등장한 3D 바이오 프린터는 인공 장기, 인공 피부를 만들어 낼 수 있는 경지에 이르러 의학계에 새로운 희망을 심어주고 있다. 이제는 맞춤형 의학의 시대라는 말까지 나오면서 바이오 3D 프린터에 대한 기대가 나날이 커지고 있다. 그렇다면 이 3D 바이오 프린터는 어떠한 원리로 인공 장기와 인공 피부를 만들어 내는 것일까?

 

 

 

 

 

인공 장기를 프린팅하는데 알려진 방법에는 두 가지 종류가 있다. 첫 번째는 바이오 잉크를 직접 짜내는 방법이다. 바이오 잉크란, 장기를 만드는 데 필요한 세포, 화학 물질, 그리고 이를 지지하기 위한 역할을 하는 풀 같은 물질로 이루어진 3D 바이오 프린터의 필수품이다. 이렇게 만들어진 바이오 잉크는 마치 케이크의 생크림을 역할을 하고, 노즐이라는 기구가 짤주머니와 같은 역할을 하게 된다. 노즐은 액체 또는 기체를 빠른 속도로 분출 시킬 수 있는 가는 관으로 이를 통해 비교적 손상되기 쉬운 세포들을 부드럽게 짜낼 수 있다. 이렇게 3D 바이오 프린터는 바이오 잉크가 담긴 튜브에 압력을 가해 노즐을 통해서 한 층 한 층씩 쌓아 올려 인공 장기를 만들어 낸다. 하지만, 이 프린팅 방법은 사출하는 과정에서 압력에 따른 속도의 차이가 생겨 터지기도 하고 물질이 출구에 끼게 되는 문제가 생기게 되기도 한다.

 

이를 보완할 수 있는 두 번째 프린팅 방법은 바로 레이저를 쏘는 방법이다. 바이오 잉크 뒤에 레이저를 쏘게 되면 작은 증기 방울이 바이오 잉크 안에서 터지게 되고 맞은 편에 있는 접시로 바이오 잉크 방울을 발사하게 된다. 이렇게 발사된 바이오 잉크는 수많은 바이오 잉크 점을 만들어 내서 이를 반복하면 복잡한 형태를 만들어 낼 수 있게 된다. 이 프린팅 방법은 매우 복잡하지만 세포의 손상을 막을 수 있어 프린트 결과가 매우 정밀하게 나오게 된다.

 

인공 피부를 프린팅하는 방법은 기존의 3D 프린팅 방식을 완전히 탈피한 새로운 방식의 프린팅이다. 기존의 3D 프린터는 필라멘트와 같은 원료들로 한 층 한 층 쌓는 방식인데, 이를 고온으로 녹여서 액체 상태로 방출하는 것이어서 피부에 바로 인쇄하는 것은 불가능했다. 그러나 미국 미네소타 대학교의 마이클 맥알파인 (Michael McAlpine) 교수팀은 피부에 직접 인쇄를 할 수 있는 3D 프린터를 개발했다. 우선 피부와 같은 울퉁불퉁한 표면에서도 노즐이 자유롭게 이동할 수 있도록 만들었고 특수 재질의 전도성 잉크를 통해서 피부가 자극을 받는 것을 최소화 했다. 그러므로 바이오 잉크를 사용하여 피부에 직접 프린팅을 하면 생체 세포를 피부에 이식하는 것이 가능해져 상처나 피부를 치료하는 의료용으로 활용될 수 있다.

 

 

 

 

 

이렇게 발전된 3D 바이오 프린팅 기술을 통해서 실제로 인공 장기와 인공 피부를 만들어낸 성공 사례들이 있다. 미국 프린스턴 대학의 마이클 매캘파인 박사 연구팀은 ‘사이보그 귀’를 3D 바이오 프린트로 만들어냈다. 또한, 웬델린 스타크 교수 연구팀은 3D 프린터를 이용해 무게 390g짜리 실리콘 인공심장을 재현했다고. 이 인공 심장에는 실제로 진짜 심장처럼 좌심실과 우심실이 있으며 맥이 뛰는 근육 역할을 하는 구조도 있다고 한다. 이외에도 토론토대학 연구팀은 무게가 900g에 불과한 3D프린터를 개발해서 균일한 두께와 같은 폭을 가진 생체 조직 시트를 얻는데 성공했고 현재 쥐와 돼지를 대상으로 상처를 치료하는데 성공했다.

 

이처럼 외국에서는 3D 바이오 프린터를 이용해 인공 장기와 인공 피부를 직접 활용하고 의료용으로 쓰고 있으나 한국에서는 3D 바이오 프린터는 커녕 3D 프린터에 대해서도 생소한 사람들이 대다수였다.

 

2012년에 유석환 대표가 로킷(ROKIT)라는 3D 바이오 프린터 회사를 설립한 후에 사람들의 인식이 조금씩 달라지기 시작했다. 유석환 대표는  “전 세계 인구가 60억 명이라고 하죠. 그 60억이라는 수만큼 신체적 특징이 있는데 표준화된 규격에 맞춘 것을 먹어요. 몸에 안 맞는 약을 10~20년 이상 먹게 되면 몸에 이상이 생길 수밖에 없겠죠. 결국은 다 맞춤으로 가야 해요.” 라는 말을 하며 이제는 의료도 맟춤형 시대라는 주장을 했다. 맞춤형 의료를 추구하던 그는 수많은 노력 끝에 ‘INVIVO’라는 국내 최초의 3D 바이오 프린터를 개발했다.

 

이 프린터는 기존의 3D 바이오 프린터들과는 달리 무려 6가지에 달하는 다양한 방식의 프린팅이 가능하며 세포를 이용해 인공 조직을 프린팅 할 수 있다. 특히나 인공 각막과 심장 조직을 프린팅하는데 큰 두각을 보였다.

 

이  ‘INVIVO’로 만들어진 인공 각막은 토끼 눈에 이식하는데 거부 반응 없이 자리 잡았고, 심장 조직은 6개월 이상 쉬지 않고 뛰었다. 하지만 이 3D 바이오 프린터가 한국에서는 잘 알려지지 않은 이유는 한국은 바이오 3D 프린터를 병원에 납품하려면 거쳐야 하는 규정이 까다롭기 때문이다. 그래서 로킷(ROKIT)의 유석환 대표는 유럽 시장 진출을 먼저 선택하게 됐다.

 

의학의 새로운 시대를 열리게 해준 3D 바이오 프린터는 현재 많은 성공을 거두어 내며 인류사회의 발전에 더욱더 기여하고 있다. 간단한 방법으로 인공 뼈, 인공 피부, 그리고 인공 장기까지 모두 프린팅 할 수 있어 더 이상의 동물 실험도 장기 매매도 없을 것이라는 기대가 생기고 있다. 앞으로 현대인의 삶을 더욱더 편안하고 풍요롭게 만들어 줄 3D 바이오 프린터의 발전이 더욱 기대된다.

 

학생기자 조해린(상해한국학교 11) 

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