바이오프린팅 기술, 대체장기로 가는 길에 성과를 거두다

생명?공학자들은?3d?프린팅?기술을?이용하여?대체?기관을?만드는?장애를?극복하려고?한다.?정교하게?얽힌?혈관의?조직을?바이오프린팅(세포층을?인쇄하여?조직을?만드는?과정)을?통해?피,?공기,?림프등?유체들을?통과시키는?체내의?통로를?완벽히?모방했다.?연구자들은?이는?대체?장기?연구의?시작일?뿐이라며?아직?할?일이?많이?남았다고?하지만?현재?연구한?바만으로도?큰?변화를?끼칠?수?있을?것이라?기대된다.?2019년?5월?2일?사이언스데일리(ScienceDaily)에서?전했다.

?생명공학자들은?생체인쇄?조직을?위한?획기적인?기술로?3D?프린팅?대체?장기로?가는?길에?큰?장애물을?제거했다.

이?새로운?혁신은?과학자들이?혈액,?공기,?림프?및?기타?중요한?액체가?지나가는?신체의?자연?통로를?모방하는?정교하게?얽힌?혈관망을?만들?수?있게?한다.

연구는?이번?주?사이언스지의?표지에?실렸다.?그것은?시각적으로?놀라운?원리의?증명을?포함하고?있는데,?하이드로겔?모델은?기도가?주변?혈관에?산소를?공급하는?폐를?자극하는?공기?주머니를?말한다.?또한?간세포를?포함한?생체인쇄물을?쥐에게?이식하는?실험도?보고되고?있다.

이?작품은?라이스?대학의?생명공학자인?조던?밀러와?워싱턴?대학교(UW)의?켈리?스티븐스가?주도했으며,?매사추세츠?서머빌에?있는?디자인?회사인?라이스,?UW,?듀크?대학교,?로완?대학교,?신경계통의?협력자?15명이?참여했다.

라이스?브라운?공대의?생명공학?부교수?밀러는?"기능성?조직?교체를?위한?가장?큰?장애물?중?하나는?밀도가?높은?조직에?영양소를?공급할?수?있는?복잡한?혈관조영술을?인쇄할?수?없다는?것"이라고?말했다.?"어쨌든,?우리의?장기는?실제로?폐의?기도와?혈관이나?간?속의?담관이나?혈관과?같은?독립적인?혈관망을?가지고?있다.?이러한?상호?침투?네트워크는?물리적으로나?생화학적으로?얽혀?있으며,?구조?자체는?조직?기능과?밀접하게?관련되어?있다.?우리?것은?직접적이고?포괄적인?방법으로?다혈관화의?도전에?대처하는?최초의?바이오프린팅?기술이다.“

UW공학부?생명공학부?교수이자,?UW?의과대학?병리학과?조교수이며,?UW의학연구소?연구위원인?스티븐스는?형태와?기능이?서로?밀접하게?관련되어?있는?경우가?많기?때문에?다혈관화가?중요하다고?말했다.

스티븐스는?"조직?공학은?한?세대?동안?이?문제로?어려움을?겪어왔다"고?말했다.?"이?작업으로?우리는?이제?'만약?우리가?우리?몸의?건강한?조직처럼?보이고?심지어는?살아?숨쉬는?조직을?인쇄할?수?있다면,?그것들은?실제?조직들처럼?기능적으로?행동할?것인가?'라고?더?잘?물을?수?있다.?이것은?중요한?질문인데,?왜냐하면?생체인쇄?조직이?얼마나?잘?기능하느냐가?치료로서?얼마나?성공할?것인가에?영향을?미칠?것이기?때문이다.“

건강하고?기능적인?장기를?생체인쇄하는?목표는?장기이식의?필요성에?의해?추진된다.?미국에서만?10만?명?이상의?사람들이?이식?대기자?명단에?올라?있고,?결국?기증된?장기를?받는?사람들은?여전히?장기?거부?반응을?막기?위해?평생의?면역?억제?약물에?직면해?있다.?생체인쇄는?의사들이?환자의?세포에서?대체?장기를?인쇄할?수?있게?함으로써?이론적으로?두?가지?문제를?해결할?수?있기?때문에?지난?10년?동안?강한?관심을?끌었다.?전?세계적으로?수백만의?환자들을?치료하기?위해?언젠가는?기능?장기를?미리?공급할?수?있을?것이다.

밀러는?"우리는?향후?20년?안에?바이오프린트가?의학의?주요?구성요소가?될?것으로?예상한다"고?말했다.

스티븐스?박사는?"간은?뇌?다음으로?뇌에?가까운?500개의?기능을?하기?때문에?특히?흥미롭다"고?말했다.?"간의?복잡성은?현재?모든?기능을?고장?났을?때?대체할?수?있는?기계나?치료법이?없다는?것을?의미한다.?생체인식된?인간의?장기는?언젠가?그?치료법을?제공할?것이다."

이?문제를?해결하기?위해,?연구팀은?"조직?공학을?위한?석기체학?기구"라고?불리는?새로운?오픈소스?바이오프린팅?기술을?개발했다.?이?시스템은?적층?제조를?사용하여?부드러운?하이드로겔을?한?번에?한?층씩?만든다.

층은?푸른?빛에?노출되면?고체가?되는?액체?프리?하이드로겔?용액에서?인쇄된다.?디지털?조명?처리?프로젝터는?아래에서?빛을?반사하며,?10-50미크론?크기의?픽셀을?포함하여?고해상도?구조로?구조물의?순차?2D?슬라이스를?표시한다.?각?층을?차례로?굳힌?상태에서,?오버헤드?암은?프로젝터의?다음?이미지에?액체를?노출시킬?수?있을?정도로만?성장하는?3D?겔을?올린다.?이?연구의?공동저자인?라이스?대학원생이자?공동저자인?밀러와?바그라?그리건?교수의?핵심?통찰력은?푸른?빛을?흡수하는?식품?염료?첨가이었다.?이?광?흡수기는?고형화를?매우?미세한?층으로?제한한다.?이런?식으로,?시스템은?몇?분?안에?복잡한?내부?구조를?가진?부드럽고,?물?기반의?생체?적합성?젤을?생산할?수?있다.

폐를?자극하는?구조를?실험한?결과,?사람의?호흡의?압력과?빈도를?시뮬레이션한?리듬적?섭취와?공기?유출인?혈액?흐름과?맥동성?"호흡"?중에?터지는?것을?방지할?수?있을?정도로?조직이?튼튼하다는?것이?밝혀졌다.?검사?결과?적혈구는?"호흡"?공기?주머니를?둘러싼?혈관의?네트워크를?통해?흐르면서?산소를?흡수할?수?있는?것으로?밝혀졌다.?이러한?산소의?움직임은?폐의?조울증?공기?주머니에서?일어나는?가스?교환과?유사하다.

밀러는?사이언스?표지에?실린?이?연구의?가장?복잡한?폐?자극?구조를?설계하기?위해?연구?공동저자인?제시?로젠크란츠와?신경계?공동창업자인?제시?루이스?로젠버그와?협력했다.

"우리가?신경계를?만들었을?때?그것은?자연으로부터?알고리즘을?새로운?디자인?방법으로?적응시키는?것을?목표로?했다"고?로젠크란츠는?말했다.?"우리는?우리가?그런?것을?다시?가져와?살아있는?조직을?설계할?수?있는?기회를?가질?것이라고는?상상도?못했다."

간?질환에?대한?치료용?임플란트?테스트에서?연구팀은?조직을?3D?프린팅하여?1차?간세포를?장착하고?생쥐에?이식했다.?조직은?혈관과?간세포를?위한?별도의?구획을?가지고?있었으며?만성?간?손상을?입은?쥐에게?이식되었다.?검사?결과,?간세포는?이식?수술에서?살아남은?것으로?나타났다.

밀러는?새로운?바이오프린팅?시스템은?유체가?한?방향으로만?흐르도록?하는?두?개의?중점?밸브와?같은?혈관?내?기능도?생산할?수?있다고?말했다.?사람에게?있어서?혈관내?판막은?심장과?다리?정맥,?그리고?흐름을?움직이는?펌프가?없는?림프계와?같은?보완적?네트워크에서?발견된다.

밀러는?"다중?혈관?구조와?혈관?내?구조가?추가되면서?엔지니어링?생활?조직을?위한?광범위한?디자인?자유를?도입하고?있다"고?말했다.?"우리는?이제?신체에서?발견되는?복잡한?구조들을?많이?만들?수?있는?자유를?얻었다."

밀러와?그리고리안은?휴스턴에?본사를?둔?스타트업?기업인?볼루메트릭을?통해?연구의?핵심?측면을?상용화하고?있다.?그리고리안이?전속력으로?합류한?이?회사는?바이오프린터와?바이오링크들을?설계하고?제조하고?있다.

오픈소스?3D?인쇄의?오랜?옹호자인?밀러는?발표된?과학?연구의?모든?소스?데이터를?자유롭게?이용할?수?있다고?말했다.?또한,?연구에?사용된?각각의?하이드로겔을?인쇄하기?위한?설계?파일과?마찬가지로?입체?인쇄?장비를?구축하는?데?필요한?모든?3D?인쇄?가능?파일을?이용할?수?있다.

밀러는?"하이드로겔?설계?파일을?만드는?것은?다른?사람들이?현재?존재하지?않는?미래의?3D?프린팅?기술을?사용하더라도?이곳에서?우리의?노력을?탐구할?수?있게?할?것"이라고?말했다.

밀러는?그의?연구소가?더?복잡한?구조들을?탐험하기?위해?이미?새로운?디자인과?생체인쇄?기술을?사용하고?있다고?말했다.

그는?"인체에서?발견되는?건축물의?탐사의?시작에?불과하다"고?말했다.?"우리는?아직?배울?것이?너무?많다."

추가적인?연구?공동저자로는?라이스의?사만다?폴슨,?다니엘?사저,?알렉산더?자이타,?폴?그린필드,?니콜라스?칼라파트,?앤더슨?타,?UW의?다니엘?코벳,?첼시?포틴과?프레드리크?요한슨,?듀크의?존?건리와?아만다?랜들,?그리고?로완의?피터?갈리가?있다.

황지혜 인턴기자[email protected]

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