3D 바이오 프린팅이란 무엇일까?

[객원에디터 5기 | 유시아]

3D 바이오프린팅이란 ?

조직과 장기의 복잡한 3차원 구조를 3D 프린팅 기술을 사용하여 적층 방식으로 재현하는 기술이다. 기존의 3D 프린팅 기술에서 생체를 구성하는 세포와 생체 적합성 재료를 사용하여 프린팅 하는 것이다. 3D 바이오프린팅의 경우 인공심장부터 인공귀, 인공피부 등까지 넓은 범위에서 사용이 가능하다. 뼈, 치아와 같은 단단한 조직의 경우에는 CT나 MRI 기반의 의료 영상 정보를 바탕으로 환자 맞춤형 인공 지지체를 제작할 수 있다. 실제로 2014년 본 연구팀은 국내에서 세계 최초로 3D 바이오프린팅 기술과 환자의 CT 데이터를 바탕으로 안면 결손 부위에 대한 모형화 및 안면골 재건용 인공지지체를 제작한 후 성공적으로 이식한 경험이 있다. 서울대학교 이비인후과 권성근 교수는 인구의 고령화 및 출산율 감소 등 장기 수급 불균형이 심화함에 따라 미래 의료는 인공장기 및 이종 장기와 필수적으로 연결되며 이를 극복하기 위한 임상·제도적 한계들이 분명한 상황이라고 밝혔다. 권성근 교수는 3D 바이오프린팅이 재생의학과 의약품 개발 과정에서 사용할 수 있는 시험관 내 조직(Invitro tissue) 등에 사용할 수 있다고 설명했다.

3D 바이오프린팅은 바이오잉크를 사용하는데 바이오잉크는 환자 자신의 세포나 단백질을 배양하여 하이드로젤과 혼합한 것으로 원하는 모양의 장기나 조직을 인쇄할 수 있다.

3D 바이오프린팅의 한계

3D 바이오프린터 자체의 기술개발과 이를 활용한 첨단 제조 기술은 상대적으로 발달해 있으나 사용할 수 있는 바이오잉크 재료에 병목현상이 일어나고 있다고 밝혔다. 장진아 부교수는 “최근 재생의료 영역은 세포치료제 개발을 통해 많은 종류의 세포를 사용할 수 있지만 3D 바이오프린팅 관점에서는 프린팅이 가능한 세포는 제한적”이라며 “현재 활용할 수 있는 재료는 콜라겐 정도이지만 모든 부분을 서포트할 수 없어 지속적인 바이오잉크 개발이 필요하다”라고 설명했다. 전 세계적으로 여러 질환을 극복하기 위한 3D 바이오프린팅 기술을 기반한 다양한 인공 조직/장기 개발이 활발하게 진행되고 있지만, 임상시험 등을 통해 실용화에 이르기까지는 여전히 더 많은 연구가 필요하다.

3D 바이오프린팅의 현재와 미래

3D 바이오프린팅은 글로벌 시장에서 2018년부터 2022년까지 빠른 성장세를 보이고 있다. 많은 기업들이 3D 바이오프린팅에 관심을 보이면서 시장이 더욱 넓어지고 있다. 포스텍 조동우 교수와 부산대 김병수 교수, 베이징대 가오그 교수는 암세포를 3차원적인 ‘스페로이드’ 형태로 배양하고 암, 혈관 모델을 완성했다.

3D 바이오프린팅은 환경 보전 방면에서도 힘을 실어줄 수 있을 것이라는 전망이 있다. 기후변화로 인한 산호초의 백화현상이 심하게 일어나면서 3D 바이오프린팅으로 인공 산호초를 출력하여 배양한 결과 바닷속에서 정삭적으로 활동하는 결과를 얻었다. 이처럼 환경 방면에서의 3D 바이오프린팅 기술의 발전이 기대되는 부분이다.