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바이오 프린팅 기술, 의료계 '혁신'
2019-06-12 09:00:03
최재은
▲바이오프린팅은 인체의 여러 부위와 유사한 인공 장기를 만들 수 있어 의료계에서 인기를 얻고 있다(사진=ⓒ123RF)

[메디컬리포트=최재은 기자] 최근 중증 상처 치료 가능 바이오 프린터 개발 소식이 발표돼 상처를 안고 살아가는 이들의 마음을 위로해주고 있다.

호주과학아카데미에 따르면, 오늘날의 3D 프린터는 초기 단계지만 그 개념만으로 전 세계 수많은 연구 시설과 병원에 상당한 도움이 되고 있다. 

현대의 바이오 프린트 기술은 환자 치료와 과학적 연구에서 새롭고도 획기적인 방법을 제시하고 있으며 의료를 개선하는 데 매우 유용하다.

기존의 프린터와는 다른 바이오 프린터는 대상을 프린터 할 때 또 다른 차원을 추가한 것이다. 

이 프린터 기계는 위아래, 좌우, 앞뒤로 움직일 수 있다. 종이 위에 잉크를 옮기는 대신, 중합체와 금속, 세라믹, 심지어 초콜릿 같은 여러 가지 물질을 사용한다.

상처 바이오프린팅

바이오 프린터는 혈관이나 피부 조직 같은 복잡한 구조를 구성하기 위해 살아있는 세포가 들어있는 막에 바이오 물질을 사용한다. 

또한, 바이오프린팅 기술을 연구하는 공학자과 과학자들은 ‘바이오 잉크’를 만드는 데 필요로 하는 세포를 구할 수 있는 기증자를 찾고 있다.

▲상처를 치유할 수 있는 피부 제작 바이오 프린터가 개발됐다(사진=ⓒ123RF)

한편 최근, 웨이크 포레스트 뱁티스트 메디컬센터가 환자의 상처에 직접 쌍층 피부를 프린트할 수 있는 모바일 피부 바이오프린팅 시스템을 개발했다고 발표했다. 

뱁티스트 메디컬센터의 숀 머피 교수는 “이 기술의 특별한 점은 이동성과 현장에서 광범위한 상처를 관리할 수 있다는 것이다. 즉, 피부를 만들어낼 부위에 직접 세포를 침전시키기 위해 상처를 스캔 및 측정할 수 있다”고 말했다.

웨이크 포레스트 협회의 앤소니 아탈라 박사에 따르면, 바이오프린팅 기술은 고통스러운 피부 이식의 필요성을 줄일 수 있다. 

피부 이식은 자칫하면 크기가 큰 상처나 화상을 입은 환자에게 불필요한 상처를 남길 우려가 있다. 

더구나 바이오 프린터 기술은 저가의 치료를 제공하고 통증이 적다는 특징 외에도 크기가 크고 만성이며 치유할 수 없는 상처도 회복할 수 있다는 장점이 있다. 

이동용 베드사이드 프린터로 진피 섬유아세포와 표피 각화 세포를 포함한 주요 피부 세포를 혼합해 사용할 수 있어 피부 회복의 속도를 높일 수 있다.

골이식

골이식 수술은 뼈의 결함을 치료하는 데 사용한다. 오늘날, 골이식은 합성 시멘트 성분의 물질과 환자의 본래 뼈를 결합해 사용한다. 

이 물질은 적절하게 통합되지 못하거나 새로운 조직을 만들어내지 못하기 때문에 한계가 있는 것이 현실이다.

이에 스완지대학의 한 연구팀이 필요로 하는 정확한 뼈 구조를 가진 인공 골 기질을 만들어낼 수 있는 바이오프린팅 프로세스를 성공적으로 개발했다. 

이 바이오프린팅 방법은 젤라틴과 아가로스, 콜라겐 알긴산, 인산칼슘, 폴리카프로락톤을 결합한 물질을 사용하기 때문에 내구력이 있으며 재생할 수 있고 생체에 적합하다.

스완지대학 연구팀은 “이번 기술 개발로 줄기세포 성장을 촉진하고 정형외과적 결함 치료 방법도 개선할 수 있어서 잠재력이 있다”고 설명했다. 

정형외과 분야에서 바이오프린팅은 여전히 개선해야 할 부분이 많지만, 연구자들은 바이오 프린팅한 뼈를 섬세한 척수 재건술 보강에 사용할 수 있을 정도로 구조적 신뢰성을 갖추게 될 것이라고 낙관하고 있다.

▲스완지대학은 현재 바이오프린팅 기술을 이용하는 골이식을 연구하고 있다(사진=ⓒ123RF)

혈관

지난해, 콜로라도대학의 공학자들이 인공 동맥과 장기 조직을 만들어내는 데 사용할 수 있는 3D 프린팅 기법을 개발했다.

미립자를 사용하는 층상 프린팅 방법은 견고할 뿐만 아니라 프로그램도 가능하다는 특징이 있다. 

연구자들은 이 방법을 사용해 복잡하면서도 잘 휘어지는 구조의 혈관을 복제할 수 있게 됐다.

책임연구자 린 시아오보 교수는 “이 아이디어는 인체의 자연 조직을 모방할 수 있는 3D 구조에 독립적인 기계적 속성을 추가한 것”이라고 말했다. 

또한, 린 교수는 “바이오프린팅 기술로 미세구조를 제작해 여러 질병 모델에 적용할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

한편, 로렌스 리버모어 국립연구소의 공학자 모니카 모야 박사가 최근 ‘살아있는’ 혈관을 만들기 위해 바이오 프린팅 기술을 사용했다. 

모야 박사가 사용한 물질은 아주 미세한 혈관을 개발하는 데 효과적이다. 호주과학아카데미 또한 자기 조립된 모세혈관을 바이오 프린트한 관에 연결해 자체적으로 세포에 영양소를 공급할 수 있는 단계에 이르게 됐다고 설명했다.


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