3D프린터로 심장을 만든다고?

[객원 에디터 4기 / 박호령 기자]  전 세계에서 현재 심장에 이상이 생기면 가장 이상적인 치료방법 중 하나인 심장 이식 수술을 하는 것이다. 하지만, 건강한 다른 사람의 심장을 구하는게 쉽지 않다. 심장질환은 시간을 다투기 때문에 환자는 바로 수술을 받지 못하면 사망에 이를 수 있다. 혹여 심장이식을 받았다고 하여도 면역거부반응으로 부작용이 발생할 수 있다. 

심장과 심장에 영향을 받는 혈관계에 이상이 생겨 발생하는 심혈관질환은 WHO가 발표한 전 세계 사망원인 1위의 질환으로 2020년 기준 국내 사망원인 2위를 차지하고 있다. ‘질병관리청 2020년 급성심장정지 발생 현황 보고서’에 의하면 2020년 한 해 동안 119구급대가 이송한 병원 밖 급성심정지 발생 건수는 31,652건으로 64.0%가 남성이며, 60대 이상의 경우 70%, 70대 이상의 환자가 52.5%(인구 10만 명당 302.2명)에 해당한다. 또한, 미국 심장학회의 추산에 따르면 2030년까지 심혈관 질환 사망자가 연간 약 2천4백만 명에 달할 전망임을 생각해봤을 때 심장 질환의 심각성을 알 수 있다. 

2015년부터 런던의 한 연구팀은 이런 문제점을 개선하여 어떻게 환자들을 바로 치료해 줄 수 있을지 고민했다. 그 결과 연구팀은 3D 프린터를 이용해 인공 심장을 만들어 이식하는 방법을 떠올렸고 이를 적극 추진할 예정이라고 밝혔다.

더 나아가 2019년 이스라엘의 한 연구진은 이를 실제로 추진했고 세포를 이용한 인공심장을 3D 프린터로 출력하는 데에 성공했다. 환자 고유의 세포와 생체재료로 만든 이번 심장은 비록 토끼의 심장 크기밖에 되지 않아 혈액을 온몸으로 보낼 수 있을 정도의 펌핑력을 갖추지 못하는 문제가 있지만, 이대로 연구가 지속된다면 10년 이내에 전 세계 병원에서 일상적으로 환자에게 심장을 이식하는 미래를 꿈꿔볼 수 있을 것이다. 

또한, 실제 심장은 아니지만 2020년 미국 카네기멜론대 연구진은 3D 프린팅 기술로 완벽한 심장 모형을 만들었다. 연구진이 개발한 모형은 크기뿐 아니라 심장 내 세세한 부분까지 사람의 심장 모양을 빼닮아 심장 수술 전 의료진이 정밀한 수술 계획을 수립할 수 있게 되면서, 수술 성공 가능성이 더욱 높아졌다. 미네소타대학 연구진의 경우, 심장의 주요 부위인 대동맥 뿌리와 판막 모형을 3D 프린팅으로 만드는 기술을 개발했다. 컴퓨터 단층촬영(DT) 스캔 기술과 3D 프린팅 기술을 융합하여 환자의 대동맥 뿌리를 실물과 똑같이 출력했고, 이는 경피적대동맥판막삽입술(TAVR)에서 활용할 수 있다.

전 세계적으로 퍼진 3D 프린터의 유용함은 런던에서 이스라엘까지 이어졌고 이스라엘은 거의 세포로 인해 인공을 성공했을 정도로 빠르게 발전해 나가고 있다. 이스라엘의 연구팀의 희망처럼 10년 정도 후에는 인공 심장을 이식할 수 있어 환자들의 부담을 조금이나마 덜어주길 기대한다.