신체 내부에서 바이오-잉크로 3D프린팅 하는 기술

▲ 바이오-잉크를 활용한 3D 프린팅 과정(사진=오하이오주립대)

미 오하이오주립대 연구진이 바이오 잉크(bio-ink)를 사용해 신체 내부에서 장기나 조직을 3D프린팅 할 수 있는 기술을 개발했다고 IEEE 스펙트럼이 보도했다.

보도에 따르면 미국에는 현재 7만명에 달하는 환자들이 장기기증을 기다리고 있다. 바이오 프린팅 기술이 개발되면 장기기증을 기다릴 필요없이 환자의 요구가 있을때 마다 3D프린팅 기술을 활용해 살아 있는 세포로 장기나 조직을 만들어 쓸 수 있다. 

하지만 문제는 3D프린팅 방식으로 제작한 인공장기나 조직을 몸 안으로 넣는 일이다. 인공장기를 몸 안에 넣기 위해선 몸 특정 부위를 크게 절개해야 한다. 수술 과정에서 감염 우려가 있고 절개 부위가 아무는데도 적지 않은 시간이 들어간다.

이 같은 부작용을 방지하기 위해 인체 내부에 겔 형태의 바이오-잉크를 넣는 방식이 고려될 수 있다. 이 경우 절개면을 최소화할 수 있지만 바이오-잉크를 경화시키는 과정에서 문제가 생길 수 있다. 바이오-잉크로 만들어진 인공물을 경화하기 위해선 자외선이 필요한데 인간 내부 장기에 손상을 줄 수 있다.

오하이오주립대 연구진은 자외선 대신 가시광선을 사용해 바이오-잉크를 경화할 수 있으며 신체 내부에서 3D프린팅이 가능한 기술을 개발하고 전문 저널인 ‘바이오패브리케이션(Biofabrication)’에 게재했다고 밝혔다.

연구진은 로봇 머신에 3D프린팅 노즐을 부착하고 바이오-잉크를 뿌려주는 방식을 채택했다. 마치 케익에 얼음 조각 등 장식물을 뿌려주는 아이싱 튜브(icing tube)처럼 노즐을 통해 바이오-잉크를 몸에 뿌려준다. 연구팀은 닭가슴살 또는 생체 배양 젤리와 유사한 겔(gel) 등 연성 재료에 바이오-프린팅 작업을 진행했다. 먼저 연성 재료의 표면을 노즐로 천공하고, 서로 얽혀 있는 구조의 ‘인터록 형태의 혹(interlock knob)’을 추출했다. 인터록 형태의 혹은 마치 수술이후 봉합 장치와 같은 역할을 한다. 이어 노즐이 빠지고 바이오 프린팅 재료가 남는다.

연구팀은 이 같은 방식으로 만들어진 바이오-잉크안의 세포 생존율을 조사한 결과 21일 이후에도 세포가 생존해 있는 것을 확인했다. 연구팀은 인터록 구조를 통해 접착 강도를 4배 정도 높일수 있었다고 지적했다. 연구팀은 마치 섬유 조직을 어떤 패턴으로 엮느냐에 따라 옷감의 강도가 달라지는 것처럼 인터록 패턴을 바꾸는 방식으로 접촉 강도를 높일 수 있다고 설명했다.

연구팀은 미래에는 로봇 수술 도구를 활용해 신체내 바이오 프린팅을 하는 것이 가능해질 것으로 보고 있다. 수술용 로봇의 로봇 팔을 교환하는 것처럼 바이오 프린팅 도구를 수술용 로봇의 툴로 활용할수 있다는 설명이다.