심장, 귀, 코, 혈관, 근육. 우리가 살아가는 데에 꼭 필요한 신체 기관들이다. 이런 신체 기관이 다치거나 병으로 인해 제 역할을 하지 못하면 우리는 일상생활에 큰 어려움을 겪는다. 하지만 가까운 미래에는 몸 일부가 다치거나 망가져도 과학 기술의 힘으로 해당 신체 기관을 만들어낼 수 있을지도 모른다. 신체 기관을 만드는 기술이 속속 등장하고 있기 때문.

최근 이스라엘 과학자들이 3D(입체) 프린터를 활용해 혈관까지 고스란히 재현한 인공 심장을 만들어 화제가 되었다. 이처럼 신체 일부를 3D 프린터로 만드는 기술을 ‘3D 바이오 프린팅’이라고 한다.

이제 장기나 신체 일부가 필요하면 다른 사람으로부터 이식을 기다리는 것이 아니라 3D 프린터를 이용해 만들어 쓸 수 있는 시대가 오는 것. 3D 바이오 프린팅의 현재를 만나보자.


지방으로 만든 심장


이스라엘 텔아비브대의 탈 드비르 교수 연구진이 만든 인공 심장. CNN 홈페이지 캡처​

생명이 태어나는 순간부터 숨을 다할 때까지 한시도 쉬지 않고 움직이는 심장. 심장은 산소와 영양분을 실은 혈액을 온몸으로 퍼트리는 역할을 하는 장기다.

이스라엘 텔아비브대의 탈 드비르 교수 연구진은 최근 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 “3D 프린터와 사람 세포를 이용해 심방(피를 받는 기관), 심실(심장 밖으로 피를 내보내는 기관)과 함께 혈관까지 갖춘 토끼 심장 크기(체리 크기)의 인공 심장을 세계 최초로 만들어냈다”고 발표했다.

연구진은 사람의 지방 조직에서 세포를 추출해 유도만능줄기세포(여러 신체 기관으로 자랄 수 있는 세포)를 배양했다. 이 유도만능줄기세포는 심장 박동을 일으키는 근육세포인 심근세포와 혈관이 될 세포 등으로 자라는데, 이 세포를 굳으면 젤리처럼 말랑해지는 물질과 섞어 3D 프린트용 잉크로 만들어낸 것. 3D 프린터는 세포가 담긴 잉크를 심장과 같은 구조로 층층이 쌓아 올려 인공 심장을 인쇄했다. 과학자들은 이 인공 심장을 실험실에서 키우면서 혈액을 뿜어내는 능력을 갖추도록 할 계획이다.

말미잘로 만든 코!


포스텍(포항공대) 차형준, 조동우 교수 연구팀이 말미잘에서 추출한 단백질로 만든 인공 코, 귀. 포스텍 제공​

바다의 암석에 붙어사는 동물 말미잘로 사람의 신체 일부를 만들어낼 수 있다면 믿을 수 있을까. 포스텍(포항공대) 차형준, 조동우 교수 연구팀은 말미잘에서 추출한 단백질로 인공 코, 귀, 혈관을 만들어내는 기술을 최근 개발했다.

연구진은 몸의 형태를 자유롭게 변형해 최대 10배까지 신체를 늘일 수 있는 말미잘에 누에고치 등에서 발견되는 것과 같은 튼튼한 실크단백질이 있는 것으로 추측하고, 연구 끝에 말미잘에서 실크단백질을 추출했다.

이 단백질을 3D 프린터를 이용해 실과 같이 가늘게 뽑아내 귀, 코 등의 모양으로 쌓아 올린 뒤, 특수한 빛을 쬐어 단단하게 고정해 신체 부위를 만들어낸 것. 이렇게 만들어낸 귀, 코 등은 누에고치에서 추출한 실크단백질로 만든 구조체에 비해 4배 더 탄성이 높을 뿐만 아니라 연골, 뼈 등의 다양한 세포와도 부작용을 일으키지 않고 잘 어우러지는 것으로 나타났다.

전기로 얍!

우리 몸을 지탱하는 데 꼭 필요한 근육 또한 3D 바이오 프린팅 기술을 통해 만들어낼 수 있다.

성균관대 김근형 교수 연구팀은 지난해 11월 인체 근육 조직을 모방해 실제 살아있는 근육세포를 포함한 나노 근섬유를 개발하는 데 성공했다.

근육의 경우에는 일정한 방향으로 세포가 정렬되어야 제대로 성장해 제 기능을 수행할 수 있는데 기존의 3D 바이오 프린팅 방법으로는 근육 세포가 무작위로 배열되는 한계가 있었다. 이 문제를 해결하기 위해 김 교수 연구팀은 근육세포가 자라는 방향을 제어할 수 있도록 프린팅 과정에서 전기장을 가해주었고 근육세포가 포함된 바이오 잉크가 일정한 패턴을 가지고 한 방향으로 성장하는 것을 발견한 것. 연구진은 이렇게 만들어진 근섬유가 골격근과 심장 근육 재생에 크게 기여할 것으로 내다봤다.​

▶어린이동아 이지현 기자 easy27@donga.com

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