인공장기나 조직을 만드는 3D 프린팅 핵심기술, 바이오 잉크!

온도조절로 하는 조직재생

3D 바이오 프린팅 기술이란?

[객원 에디터 5기 / 김지연 기자] 세포와 생체재료를 사용해 3차원 인공조직은 구현하는 3D 바이오 프린팅 기술이 주목받고 있다. 3D 바이오 프린팅 기술의 발전과 함께 세포 독성을 일으키지 않도록 온도 조절만으로 인공 조직용 구조체를 만들 수 있는 바이오 잉크 또한 개발됐다. 

3D 바이오 프린팅 기술은 3D 프린터와 생명공학이 결합된 인쇄 기술이다. 살아 있는 세포를 원하는 형태로 변화시켜서 조직이나 장기를 제작하는 것이다. 사용 범위는 화상, 궤양, 당뇨 등으로 손상된 피부부터 의수, 장기 등을 대체하기까지 범위가 넓다. 또한, 이 기술을 통해 기증자를 찾을 필요가 없어지고, 유전자도 맞아야 한다는 불편 또한 줄어든다. 

대체로 3D 바이오 프린팅은 환자 본인의 세포를 배양해 직접 상처부위에 출력한다. 먼저 환자의 부상 부위를 스캔하여 깊이와 넓이를 측정하고, 이를 기반으로 맞춤형 피부 조직을 인쇄한다. 측정된 부위에 세포가 피부를 직접 덮기 때문에 2차 감염을 예방할 수 있고, 3D 프린터 기계 하나로 큰 도움을 줄 수 있다는 장점이 있다.

3D 바이오 프린팅 기술과 함께 최근 주목받기 시작한 것이 바이오 잉크이다. 인공장기나 조직을 만드는 3D 프린팅 기술의 핵심인 바이오 잉크는 개발은 활발하지만 아직 상용화되지는 않았다. 그 이유는 지지체를 단단하게 만들기 위해 화학적 가교제를 넣고 자외선을 가하는 과정이 세포 독성을 일으킬 수 있다는 문제가 있었기 때문이다. 

그러나 지난 2일 한국과학기술연구원으로부터 온도조절만으로 조직 재생을 유도하고 생분해되도록 하는 바이오 잉크가 개발되었다. 3D 프린터가 바이오 잉크를 출력해 지지체를 만들고 거기에 배양 세포를 넣어 인공 조직을 만드는데, 이로 인해 인체 내 부작용 위험이 크게 줄어들었다. 연구팀은 저온에선 액상 형태로 존재하다가 체온에선 단단한 젤로 변화하는 온도 감응성 하이드로젤을 이용해 독성 관련 문제가 없는 잉크를 개발했다. 

개발된 바이오 잉크는 조직 재생에 도움을 주는 단백일 성장 인자를 장기간 보존할 수 있는 장점을 가졌고 3차원 지지체 내 세포 분화를 자율적으로 조절하는 환경을 유도하여 조직 재생효과를 극대화할 수 있다. 

연구팀은 세포 유입과 뼈 재생에 필요한 전환성장인자들을 포함한 바이오 잉크를 3D 바이오 프린터로 출력해 3차원 지지체를 제작한 뒤 손상된 주의 뼈에 이식하는 실험을 수행했다. 그 결과 세포가 지지체 안으로 유입되어 뼈가 정상 조직 수준으로 재생됐고 이식된 3차원 지지체는 42일에 걸쳐 서서히 생분해되는 것을 확인할 수 있었다. 송수창 책임연구원은 “잉크 자체 물리적 특성을 달리해 뼈조직 외에 다른 조직의 재생에도 적용하는 후속 연구를 진행 중”리아며 “최종적으로 조직 및 장기 맞춤형 바이오 잉크를 제품화할 수 있을 것을 기대한다”라고 밝혔다.