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신체장기나 조직을 프린트하는 3D바이오프린터
미래에는 3D 바이오 프린트한 얼굴 피부 가면을 여러 개 소유하면서 아침마다 다른 가면을 쓰고 나갈 수 있다. 원래 얼굴과 똑 같도록 얼굴 형체를 3D스캐너로 떠서 정확한 치수를 가지고 프린트를 하여 내 얼굴에 꼭 맞는 얼굴가면이 된다. 그렇게 된다면 60세도 20세 얼굴가면을 쓰고 다닐 수 있고, 또 남자가 여자 가면을 쓸 수도 있으며, 내 얼굴보다 김태희 얼굴가면을 쓰고 다닐 수 있다. 이제 남편이나 아내를 찾기도 힘든 세상이 온다. 간첩이나 도둑, 범죄자를 찾기도 더욱더 힘들어 질 것이다.
장기를 프린트 할 수 있게 되면 장기 전체가 약간 녹슬어 작 작동하지 않으면 장기 전체를 재깍 교체할 수 있다. 고령인구가 대다수인 경우에 다양한 장기를 프린트하여 교체하여 젊음을 유지하거나, 환자들이 다양한 장기를 생산하여 질병치료가 가능해지면서 수명연장이 가능해진다. 오브리 드 그레이 박사의 말처럼 인간의 수명이 현재는 130년, 조금 있으면 200년, 또 조금 더 있으면 1000년이 가능해질 수도 있다.
3D 바이오프린팅(Bioprinting)은 신체의 장기나 조직 혈관을 프린트하는 기술이다. Printerinks 영국회사, Organovo 미국회사는 이미 3D프린팅을 통해 인간의 조직을 생산하고 있다. 프린터 카트리지를 사용하도록 구성된 줄기세포로부터 얻은 생검 및 배양으로 신체 조직이 성장하며 인쇄하는 물질을 바이오잉크(Bioink)라고 한다.
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바이오프린터는 바이오 잉크, 젤, 바이오 종이, 줄기세포, 세포를 생성하는 과정으로 인쇄된 신체를 수술하여 장기를 교체할 수 있다.
생물학적 구조를 제조하는 3D bioprinting은 일반적으로 세포와 같은 입체적인 구조를 생성하기 위해 연속적인 바이오 층을 프린트하여 장기를 만들어간다. 신체의 모든 조직은 자연적으로 다른 종류의 세포와 구획화되기 때문에 세포를 인쇄하기위한 많은 기술들은 제조 과정에서 세포의 안정성과 생존력을 보장하는 능력이 생긴다. 바이오프린트 사용법에는 포토 리소그래피, 자기 바이오프린팅, 조형 및 압출 세포기술이다. 바이오 프린트된 조직이 인큐베이터에 전송 될 때 세포기반 사전 조직이 장기조직으로 성숙한다.
샌디에고 소재 오르가노보(Organovo)가 초기단계의 재생의학으로 3D 바이오프린트를 하는 최초의 회사이다. 또 NovoGen이라는 회사도 3D 바이오프린트를 하고 있다. 외과 이식수술이 가능한 조직들은 기본적인 피부조직, 심장조직, 혈관을 인쇄 할 수 있도록 최적화되어있다. 영국 스완지대학의 연구팀은 피부나 조직 재건 수술의 영구적인 사용을 위한 부드러운 조직과 인공 뼈를 생산하는 바이오프린팅 기술을 보유하고 있다.
미래사회에서는 신체나 장기가 고장이 나면 절반을 혹은 일부를 떼어낼 필요가 없이 자신의 피부나 조직으로 키운 장기 전체를 교체하게 된다. 위장 전체를 떼어내고 붙인다. 미래예측에서 가장 어려운 프린트 장기는 바로 위장, 췌장 등이라고 한다. 그 이유는 소화액을 생산하는 기능을 아직도 3D프린트로 프린트한 장기는 갖지 못하기 때문이라고 한다.
이미 프린트가 되고 있는 장기는 귀, 혈관, 피부, 방광 등이다. 얼마 되지 않아 심장도 프린트 할 수 있는데, 우리는 흔히 심장이 가장 프린트하기 힘들 것이라고 생각하지만 심장은 프리트하기가 손쉬운 장기중 하나라고 한다. 심장의 역할이 피를 여기저기로 압력을 넣어 보내는 작용이어서 이런 작용은 위장이나 체장 지라 등에서 소화액이나 담즙 등이 생산되게 하는 것이 가장 어렵다고 한다.
3D-bioprinting은 의료분야에서 상당한 진전을 보이고 있다. 세포공학(tissue engineering)이라는 혁신적인 소재에서 수행하는 연구들이 성공하여 생체 재료를 적응시키는 3D 물체를 인쇄 할 때 사용되는 재료들이 속속 개발되고 있다. 연골 조직과 뼈를 포함한 신체 재료로 개발되었다. 생체공학 물질의 일부는 원래의 신체 재료보다 더 강하여 미래 신체 대체물로 대체하여 더 장기간 질병 없이 사용할 수 있다. 알긴산은 몸의 일부에 비해 더 강한 생체 적합성을 보여주며, 낮은 독성 및 강한 구조적 능력을 발휘하여 많은 생의학 과 음이온성 중합체 구조 재료로도 사용된다.
의학용 3D프린트는 주로 의료용 임플란트를 가능하게 하는데 특정 환자 및 신체 장치를 프린트하는데 사용된다. 이미 프린트에 성공한 신체부위는 티타늄으로 영국환자의 깨어진 골반을 정확히 같은 크기로 프린트하여 사용하였다. 사고로 턱뼈가 깨어진 네덜란드 환자에게 턱뼈를 이식하여 성공하였고, 플라스틱으로 미국인 유아에게 골절된 팔의 부목으로 사용한 사례는 많다. 보청기 및 치과산업에서 가장 많은 3D프린트된 치과 재료를 프린트하고 있다. 2014년 3월 스완이라는 외과의사가 심각한 교통사고로 부상했다. 이때 얼굴을 3D 프린트한 부품조각으로 인쇄하여 사용했다. 관절염과 암에 대한 손실로 인해 조직이 파괴된 환자에게 바이오인쇄를 하여 교체하는 방법 등이 많이 개발되고 있다.
인쇄된 보철기구 즉 의수족은 장애인들이 많이 사용하고 있으며, 손가락을 프린트하거나 팔을 프린트하는 것은 이제 희귀한 일이 아니다. 불구가된 동물의 재활치료에도 3D프린트된 의족이 사용되어왔다. 2013년 3D프린트된 오리의 발을 신게 하여 오리가 다시 걸을 수 있도록 하였다. 2014년에 앞 다리 없이 태어난 강아지 치와와에게 3D 프린터로 만든 바퀴가 장착되어 걸을 수 있게 되었다.
2012년부터 본격화된 3D 바이오프린팅 기술은 바이오 장기 및 신체 부위를 잉크젯 기술을 이용하여 구축된 장기나 조직을 임플란트가 가능하도록 해준다. 이 과정에서 살아있는 세포의 층은 겔 물질 또는 혈관시스템을 포함하는 입체 구조를 프린트하도록 가능하게 해주었다. 3D 바이오프린팅은 2009년에 최초로 기술발전이 이뤄졌다. NovoGen bioprinting 기술이 최초이며, 장기인쇄, 바이오인쇄, 신체부분 인쇄등 용어는 다양하지만 기본은 컴퓨터를 이용하는 조직공학을 이용하여 인간이 사용할 수 있는 세포나 조직을 프린트하는 기술이다. 3D 조직인쇄는 부드러운 조직 구조를 만들 수 있다.
중국은 10개의 국가연구소에서 3D프린트 양성기관을 설립하여 거의 5천억 원에 달하는 예산을 지원하고 있다. 2013년 중국 과학자들이 살아있는 조직으로, 귀, 간 및 신장을 인쇄하기 시작했다. 중국의 연구원들은 이제 인간의 장기를 플라스틱 대신 살아있는 세포를 사용하여 3D바이오프린팅을 한다.
항주 Dianzi대학 연구원들이 이 분야에서 앞서간다. "Regenovo"는 복잡한 신체조직을 3D바이오프린터를 발명하여 생산하기 시작하였다. "3D 바이오프린터"는 또 쑤 밍겐(Mingen)이라는 박사 즉 Regenovo의 장기 개발자는 이미 미니 간 샘플을 프린트하였고, 4-5인치 귀 연골 샘플을 생산하는 프린터를 만들었다.
쑤는 완전한 기능이 가능한 인체 조직, 기관이 앞으로 10~20년 내에서 가능하다고 예측했다. 또 벨기에의 한 대학 연구원들은 83세 된 벨기에 여자의 턱뼈를 생산하여 수술에 성공하였다. 그 여성은 지금도 무엇이든 잘 씹고 말할 수 있으며 새 턱뼈를 인쇄하여 붙인 후 다시 정상적으로 숨을 쉴 수 있다고 말했다.
(2014.9.21) 글: 박영숙유엔미래포럼 대표
