[3D 프린팅] 인체 조직 인쇄시대 열리다 3D 프린팅

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 영국 케임브리지대학(University of Cambridge) 케이스 마틴(Keith Martin) 교수 연구진이 잉크젯 3D 프린팅 기술을 이용해 실험동물의 눈에서 추출한 망막세포를 재료로 인쇄에 성공함으로써 3D 프린팅 기술로 손상된 장기를 복원하는 시대가 열릴 전망이다.

3D 프린팅 기술은 최근 들어 주목 받기 시작했지만 상상할 수 없을 만큼 빠른 속도로 발전하고 있다. 적용 분야도 놀라운 속도로 넓어지고 있다. 이제 3D 인쇄기술은 생체조직에서 추출한 세포를 잉크로 삼아 인쇄에 성공할 정도의 수준에 도달했다. 조직공학과 줄기세포 기술에 3차원 프린팅 기술을 접목하면 손상된 인체 장기의 복원도 가능해질 전망이다.
 마틴 교수 연구진은 실험동물의 눈에서 신경절 세포(ganglion cell)와 신경아교세포(glial cells)를 추출해서 인쇄용 잉크로 사용했다. 신경절 세포는 망막에 있는 양극 세포로부터 정보를 받아 뇌로 시각 정보를 전달하는 세포이고, 신경아교세포는 신경조직의 뉴런들을 지지해주는 비흥분성 세포로 망막 기능에 핵심적 역할을 수행하는 세포 중 하나다. 생물학적 잉크를 사용한 망막패턴 인쇄(printing retinal patterns) 실험은 매우 성공적이었다.
이 실험의 목적은 단순히 인쇄기술로 실험동물에서 추출한 세포로 망막의 패턴을 재현하는데 있지 않다. 살아 있는 세포 본연의 상태 그대로를 인쇄 과정에서 유지하면서 인쇄하는 것이 핵심 목표였다. 그래야만 인쇄 기술로 망막의 구조를 다시 재현했을 때 인공 망막이 제 기능을 발휘할 수 있기 때문이다. 마틴 교수 연구진은 세계 최초로 중추신경계 성체세포(mature central nervous system cells) 인쇄에 성공한 연구진으로 이름을 남기게 되었다. 인쇄된 인공 망막구조를 구성하는 세포는 배양이 가능할 정도로 건강하고 양호한 활성을 유지했다.
 마틴 연구진의 성공은 재생의학 분야에 새로운 자극이 될 전망이다. 연구진은 고도로 발전된 형태의 조직 공학적 기술과 3차원 프린팅 기술을 접목시켜 바이오의학 분야에 새로운 패러다임을 제시했다. 연구진은 압전식 잉크젯 프린터(piezoelectric inkjet printer device)를 이번 연구에 사용했다. 1밀리미터도 안 되는 노즐을 통해 세포를 토출하면서 고속 비디오 촬영 기술로 인쇄 과정을 기록했다. 기록된 고해상도 동영상은 분석을 통해 인쇄공정을 최적화에 활용했다. 연구과정에서 가장 어려웠던 점은 살아 있는 세포를 함유하고 있는 잉크의 물성을 정교하게 조절하는 것이었다. 일반적으로 잉크젯용으로 사용하는 유체(잉크)는 점성이나 표면장력 같은 물성을 매우 정교하게 조절해야 한다. 그런데 살아 있는 세포는 이를 매우 까다롭게 만든다.
 연구진의 성공을 가장 반기는 사람은 아마도 망막질환으로 시력을 잃었거나 잃을 위기에 처해 있는 사람일 것이다. 불의의 사고나 질병으로 시력을 잃은 사람이 시력을 회복할 가능성은 많지 않다. 시력 손상 원인 자체가 다양하고, 눈처럼 정교한 장기를 대신할 장치나 손상된 기능을 회복시킬 의학적 치료법도 거의 없기 때문이다. 각막 손상의 경우 기증받은 각막을 이식하면 시력이 회복되지만, 우리 눈에서 카메라 필름 역할을 하는 망막에 이상이 생긴 경우 특별한 치료법이 아직까지 없는 상태다.
망막 이상으로 인한 시력 상실의 원인으로 ‘망막색소변성증(또는 색소성 망막염, retinitis pigmentosa)’이라는 질환이 있다. 이 질환은 빛을 감지해 전기신호로 바꾸어 시신경에 전달하는 역할을 담당하는 망막의 광수용체(photoreceptors) 세포 기능에 문제가 생겨 결국 시력을 잃는 질환으로, 유전자 변이가 원인이라고 한다. 전 세계적으로 4000명에 1명꼴로 발견되며, 미국의 경우 약 10만 명의 환자가 이 질환으로 고통 받고 있다. 국내에서는 개그맨 이동우 씨가 이 질환을 앓고 있다는 사실이 알려지면서 관심을 모으기도 했다.
 연구진의 이번 연구 성과는 매우 획기적이고 이례적이긴 하지만 전체적인 기술적 발전 방향을 고려할 때 기술적 개념을 기초적인 수준에서 실증한 것에 불과하기 때문에 이 기술이 환자들에게 희망이 되려면 시간이 좀 더 필요할 것 같다. 망막에 기저 구조를 구성하는 가장 기본적인 세포를 다루는 기술을 확립했을 뿐이다. 망막이 빛을 감지하는데 중요한 기능을 수행하는 광수용체 등을 다루는 기술은 물론이고 인쇄된 세포들을 유기적으로 연결해서 망막의 기능을 수행할 수 있도록 조립하는 기술 등을 하나씩 확보해야 하기 때문이다. 연구진의 궁극적인 목표는 아마도 생체 망막에 기능을 수행할 수 있는 인공망막의 제작일 것이다. 연구진의 이 도전이 성공의 열매를 맺길 간절히 희망한다. 

출처

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=243640&cont_cd=GT
KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 2013-12-24

원문                                

http://www.iol.co.za/scitech/science/news/cells-from-eye-printed-for-first-time-1.1623939#.UrOgmtJdUzg

Adult rat retinal ganglion cells and glia can be printed by piezoelectric inkjet printing
Barbara Lorber, Wen-Kai Hsiao, Ian M Hutchings and Keith R Martin(bl288@cam.ac.uk wkh26@cam.ac.uk imh2@cam.ac.uk krgm2@cam.ac.uk)
Biofabrication 2014, 6, 015001 doi:10.1088/1758-5082/6/1/015001                


곽노필 한겨레신문 선임기자 nopil@hani.co.kr
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