“의사 선생님, 응급환자입니다! 팔의 피부가 크게 손상되고 뼈가 완전히 부러졌습니다.”

 

“알겠네. 필요한 부위를 프린터로 바로 출력해서 이식하는 수술을 해야겠군!”

 

공상과학(SF) 영화나 미래에 일어날 일을 상상해서 적는 ‘미래 일기’에나 등장할 법한 이야기가 실현될 날이 머지않았다. 최근 미국에서 세계최초로 3D(입체)프린터로 출력한 인체조직을 생체(생물의 몸)이식하는 데 성공했기 때문.

 

미국 웨이크 포레스트의대 재생의학연구소의 앤서니 아탈라 교수 연구팀은 “3D프린터로 출력한 실제 크기의 귀를 실험쥐의 몸에 이식해 정상적으로 기능하는 것을 확인했다”고 최근 밝혔다. 3D프린터로 인체조직을 출력한 시도는 여러 번 있었지만 실제 생체에 이식한 후 정상적으로 제 기능을 하는지를 확인한 것은 이번이 처음이다.

 

3D프린터로 출력하는 인공 인체조직에 대해 살펴보자.

 

 

색소 대신 사람의 세포로

 

주로 금속 모형, 플라스틱 장난감 등을 인쇄하는 3D프린터로 어떻게 인체조직을 출력할 수 있을까? 비밀은 바로 3D프린터에 사용하는 ‘잉크’에 있다. 일반적인 3D프린터는 녹인 플라스틱이나 금속 성분을 잉크 삼는다. 이 잉크를 출력하면서 층층이 쌓아 굳혀 입체적인 모양을 만드는 것. 인체조직을 출력하는 3D프린터는 사람의 세포 성분이 들어있는 ‘바이오잉크’를 사용해 인체조직을 찍어낸다.

 

굳으면 젤리처럼 말랑말랑하게 굳는 하이드로겔에 사람의 세포를 섞어 모양을 잡는 것. 근육 조직용 잉크를 만들 때는 실제 사람의 근육세포를 섞고, 뼈 조직을 출력할 때에는 뼈세포를 섞는다. 이렇게 만든 잉크를 켜켜이 쌓아 원하는 모양으로 출력한다.

 

출력한 조직은 충분한 영양분을 주어 세포가 자라나도록 한다. 세포는 자라나면서 하이드로겔이 차지하고 있던 자리까지 전부 채우며 완전한 인체조직을 만든다. 세포를 품고 모양을 잡아주는 역할을 하던 하이드로겔은 시간이 지나면 분해 되어 없어진다.

 

 

귀, 피부, 장기까지

 

 

3D프린터로 출력한 귀(왼쪽)와 3D프린터로 출력한 간 조직 현미경 사진. 웨이크 포레스트의대 재생의학연구소·캘리포니아대 샌디에이고 캠퍼스

현재까지 3D프린터를 이용해 출력한 인체조직에는 어떤 것들이 있을까?

 

미국 웨이크 포레스트의대 재생의학연구소의 앤서니 아탈라 교수 연구팀이 3D프린터로 제작해 생체이식에 성공한 조직은 사람의 귀. 정확히는 귓바퀴 부분이다. 출력한 인공 귀를 실험용 쥐의 몸에 이식하고 2개월 뒤 확인한 결과 혈관, 신경 근육 등이 모두 쥐와 잘 연결돼 있었다.

 

비슷한 성과는 또 있다. 미국 캘리포니아대 연구팀은 3D프린터로 만들어낸 약물 시험용 간 조직을 만들어 40일 동안 제 기능을 하는 것을 확인했다고 최근 밝혔다.

 

미국 카네기 멜론대 연구팀은 지난해 콜라겐(피부, 혈관, 뼈, 근육 등에 포함된 단백질), 피브린(혈액 응고를 일으키는 단백질) 등의 부드러운 인체 성분을 3D프린터의 잉크로 삼아 동맥, 심장 등의 인체조직을 시험 출력하는 데 성공했다.

 

뼈, 관절과 같이 비교적 단단한 인체조직을 3D프린터로 찍어낸 일은 더 일찍 성공했다. 2014년 네덜란드 유트레히트대 연구팀은 3D프린터로 출력한 두개골을 실제 환자에게 이식하는 수술을 성공리에 마쳤다.

 

 

실험동물 대신해

 

3D프린터로 출력한 다양한 인체조직은 어떻게 활용될까?

 

우선 외상이나 질병으로 인체조직이 손상된 환자에게 이식할 때 사용된다. 보건복지부가 발표한 자료에 따르면 2014년 우리나라에서 이뤄진 장기 이식은 3900여 건밖에 되지 않는다. 장기 이식 대기환자 2만4000여 명의 17% 수준에 불과하다. 장기를 기증하겠다는 사람이 나타나더라도 기증받는 사람의 몸과 잘 맞지 않으면 이식할 수 없는 문제도 있다. 이때 3D프린터로 자신의 세포를 이용해 찍어낸 인공 장기를 사용한다면 이러한 문제가 해결되는 것.

 

안전한 의약품 및 화장품 개발을 위해 시행되어왔으나 생명윤리와 관련해 끊임없는 논란을 만들어왔던 동물 실험 문제도 3D프린터로 출력한 인체조직 활용으로 해결될 수 있다.

 

▶서정원 기자 monica89@donga.com

 

어린이동아 취재팀 kids@donga.com

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