안녕하세요. 3D프린터의 일상을 공유하는 청년입니다 🙂
이번 포스팅에서는 바이오 3D 프린팅 기술에 대해 이야기하고자 합니다. 3D프린팅 기술에도 여러 종류가 있죠!? 푸드, 패션, 바이오 등 적용되는 분야에 따라 사용되는 재료, 방식의 차이가 있고 이름도 조금씩 차이가 있지만 기술의 근본은 3D 프린팅 기술에서 비롯됩니다. 바이오 3D 프린팅 기술은 발전을 거듭해 인공장기를 만드는 수준까지 올라가고 있습니다. 실제로 바이오 3D 프린팅 기술을 통해 제작된 인공장기를 적용한 해외 사례도 있습니다. 의료기술과 3D프린팅 기술이 막대한 시너지 효과로 나란히 발전하면서 낫기 어려웠던 질병들이 점점 사라지고 있는 것 같습니다. 오늘은 독일 과학자들이 진행하고 큰 성과를 거둔 3D 프린터로 찍은 인공심장에 대해 알아보겠습니다.
출처 : 사이언스 카페
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심혈관질환(CVD)은 세계 사망원인 1위에 올라 있는 질환입니다. 세계보건기구에 따르면 연간 1800만 명의 목숨을 앗아가는 질환이라고 합니다. 특히 말기 심부전의 유일한 치료법은 심장 이식밖에 없다고 합니다. 따라서 세포를 이용해 실제 심장처럼 박동하는 인공심장을 만들 수 있다면 질환 연구와 치료에 새로운 전기가 될 수 있습니다.독일 프리드리히 알렉산더 대학 연구진은 심장근육세포를 3D 프린팅해 만든 미니 심실이 3개월 이상 박동하는 데 성공했다고 사전출판 논문 공유집 바이오 아카이브(BioRxiv)에 발표했습니다. 이전에도 인간 세포로 인공 심장을 인쇄했습니다만, 이번에는 처음으로 박동까지 실현했습니다.
이미지: 과학자들이 3D프린팅 기술로 만든 인공심실
심장의 역할에 대해서 간단히 설명하면 산소가 풍부한 혈액을 전신에 공급하는 심장은 위의 2개의 심방과 아래 2개의 심실로 구성되어 있습니다.심방은 혈액을 받는 곳, 심실은 혈액을 내는 곳입니다.온몸을 돌고 우심방에 들어온 혈액은 우심실을 거쳐서 폐동맥으로 보내고 폐에서 산소를 공급된 혈액은 폐정맥을 통해서 좌심방, 좌심실에 들어간 뒤 대동맥을 통해서 다시 온몸에 공급됩니다.이렇게 심장은 복잡한 프로세스를 갖고 있으며 인공 장기로 제작하는 것이 어려웠습니다.연구진은 우선 심근 세포와 심장 조직의 주요 성분인 콜라겐 단백질 히알루론산을 혼합한 바이오 잉크를 만들었습니다.이어 이 잉크를 노즐을 통해서 젤에 넣으며 좋아하는 형태, 즉 심실형으로 성형하는데 성공했습니다.그 후 젤을 녹이고 높이 14mm, 지름 8mm의 미니 심의실로 마무리 지었습니다.이는 실제 인간의 심실의 크기의 6분의 1정도입니다.연구진은 미니 심실이 인쇄된 지 일주일 후부터 뛰기, 100일이 지나도 박동했다고 밝혔습니다.
이번 연구는 환자가 자신의 세포에 이식할 수 있는 심장을 인쇄할 수 있는 가능성을 제시했습니다. 아직 수술대에 오를 정도는 아니지만 말 그대로 가능성을 제시한 것입니다. 연구진은 이번에 다 자란 세포에 특정 단백질을 주입해 유도만능줄기세포(iPS 세포)를 만들었습니다. 유도만능줄기세포는 다 자란 성체세포를 발생 초기 상태로 되돌린 것을 말합니다.유도만능줄기세포는 수정란에 있는 배아줄기세포처럼 인체의 모든 세포와 조직으로 분화할 수 있습니다. 독일 연구자들은 유도 만능 줄기세포를 심장근육세포로 분화시켜 3D 프린터 잉크에 넣었습니다. 환자의 자가세포로 심장구조를 만들어 나중에 이식하더라도 면역거부반응을 걱정할 필요가 없는 겁니다.
이미지: 이스라엘 텔아비브대 연구진이 3D프린팅으로 만든 인공심장
3D 프린터로 심장을 찍은 연구는 이전에도 있었습니다. 지난 2019년 이스라엘 텔아비브 대학 과학자들이 인체 세포를 이용해 심실과 심방, 혈관 구조까지 모두 갖춘 체리 크기 미니 인공심장을 3D 프린팅 기술을 통해 제작했습니다. 당시 연구진도 유도만능줄기세포를 이용하고 있었습니다. 먼저 사람의 지방조직에서 세포를 추출하고 추출한 세포에 특정 유전자를 넣어 유도만능줄기세포로 바꿨습니다. 이스라엘 연구자들은 세포를 젤에 넣어 3D 프린터 잉크로 사용했습니다. 3D 프린터는 세포가 들어간 잉크를 층층이 쌓아 높이 20mm, 직경 14mm의 심장을 인쇄했습니다. 당시에도 심근세포는 수축할 수 있었지만 심장 자체가 뛰는 것은 이번이 처음입니다. 당시 연구자들이 미니 심장을 만드는 데 걸린 시간은 불과 4시간이었어요.
출처 : 다쏘 시스템
출처 : 다쏘 시스템
그러나 실제로 작동할 수 있는 인공 심장을 만들기까지는 해결해야 할 숙제가 많아요.전술한 심장을 구성하는 혈관도 표현해야 하고, 비록 만들었다고 해도 실제 사람의 심장 크기까지 하려면, 한가지 어려움이 있을 겁니다.심장을 구성하려면 수십 억개의 세포, 다양한 유형의 세포가 필요한데, 그 모든 것을 제작하려면 시간과 비용이 많이 걸리죠.또 그 기간 중에 세포가 완전히 버티라고는 장담할 수 없습니다.많은 숙제를 해결하고 가까운 장래에 심장 질환을 고칠 수 있고 세계의 많은 환자에게 희망을 주는 결과가 나왔으면 합니다.심장보다 비교적 간단할 수 있다 다른 장기 역시 빨리 제작되고 불치병이나 난치병이 조금이라도 사라지는 날이 왔으면 좋겠네요.”-“만 “3D프린터로 제작된 심장이 두근 두근!”에 대한 포스팅을 마치겠습니다.불명확 점, 시제품 제작에 관한 문의는 코멘트와 네이버 토크 토크를 통해서 남기시면 다행입니다.공감, 코멘트를 부탁합니다.감사합니다。
하지만 실제로 작동할 수 있는 인공심장을 만들기 전까지는 풀어야 할 숙제가 많습니다. 앞서 언급한 심장을 구성하는 혈관도 표현해야 하고 설사 만든다고 해도 실제 사람의 심장만한 크기로 만드는 데는 또 다른 어려움이 있을 것입니다. 심장을 구성하려면 수십억 개의 세포, 다양한 유형의 세포가 필요한데 그 모든 것을 제작하려면 시간과 비용이 꽤 들 것입니다. 또한 그 기간 동안 세포가 완전히 버틸 것이라고 장담할 수 없습니다.많은 숙제를 해결하고 가까운 미래에 심장질환을 고칠 수 있는 전 세계 많은 환자들에게 희망을 주는 결과가 나왔으면 좋겠습니다. 심장보다 비교적 쉬울 수 있는 다른 장기들 또한 빨리 제작되어 불치병이나 난치병이 조금이라도 사라지는 날이 왔으면 좋겠습니다. ‘-‘만 ‘3D 프린터로 제작된 심장이 두근두근!’에 대한 포스팅을 마치겠습니다.궁금하신 점이나 시제품 제작 관련 문의는 댓글이나 네이버 톡톡을 통해 남겨주시면 감사하겠습니다.공감, 댓글 달아주세요.감사합니다。
