3D 인쇄 인간 장기 – 얼마나 현실적인가?

3D 인쇄의 세계는 상당히 빠른 속도로 확장되고 있다. 추정에 따르면 3D 인쇄의 글로벌 시장 규모—제품과 서비스—는 2020년과 2026년 사이에 3배로 증가할 것으로 예상된다. 2020년에 126억 달러로 평가된 시장은 2026년까지 370억 달러 이상으로 증가할 수 있다.

응용 프로그램 시장의 급증은 기관과 기업의 수준에서 일어나는 혁신의 공간에 의해 능숙하게 지원된다. 대형 미국 기술 회사들은 3D 인쇄와 관련하여 매우 적극적으로 활동해 왔으며, 2010년 이후에 발행한 특허의 수에서 이를 알 수 있다. 예를 들어, 제너럴 일렉트릭스는 2010년과 2019년 사이에 342개의 특허를 발행하였다.

그러나 3D 인쇄의 영역은 항상 현실적인 적용 가능성에 대한 중요한 질문에 직면해 있다. 과학적으로 흥미롭고 매력적인 공간으로 탐구되는 동안, 많은 사람들이 ‘얼마나 현실적인가?’라고 물었다.

최근에 성공적인 실험은 3D 인쇄가 얼마나 현실적으로 될 수 있는지 보여주었다. 버지니아 대학교 공학 및 응용 과학 학교의 연구 팀은 인간과 호환되는 장기를 인쇄하기 위한 최초의 빌딩 블록 템플릿을 개발하였다. 이 템플릿은 수요에 따라 인쇄될 수 있다.

다양한 인간 조직과 일치하는 제어된 기계적 특성을 갖는 생체 재료

이 실험은 Liheng Cai와 Jinchang Zhu가 주도하였다. Liheng Cai는 재료 과학 및 공학 및 화학 공학의 조교수이고, Jinchang Zhu는 그의 박사 과정 학생이다.

그들이 따랐던 생체 인쇄 방법은 Digital Assembly of Spherical Particles (DASP)라고 불린다. 이 기술은 물 기반 지원 매트릭스에 생체 재료 입자를沉적하여 세포가 성장할 수 있는 환경을 제공하는 3D 구조를 구축한다.

그들의 연구 결과를 Nature Communications 저널에 발표하면서, 과학자들은 보고서를 ‘voxelated bioprinting of modular double-network bio-ink droplets’라고 명명하였다. Voxel이라는 용어는 인쇄 과정이 3D 객체를 구성하는 방법과 같은 방법으로 voxels—3D 버전의 픽셀—을 사용한다는 사실에서 유래하였다.

과학적 커뮤니티에게 연구를 통해 어떤 돌파구를 제공했는지 설명하면서, Jinchang Zhu는 다음과 같이 말했다:

“우리의 새로운 하이드로겔 입자는 우리가 지금까지 만든 첫 번째 기능적 voxel입니다. 기계적 특성에 대한 정밀한 제어와 함께, 이 voxel은 우리의 미래 인쇄 구조를 위한 기본 빌딩 블록 중 하나가 될 수 있습니다.”

기존의 생체 인쇄 기술과 비교한 큰 도약

Zhu는 그들의 혁신을 기존의 생체 인쇄 기술과 비교하여 ‘큰 도약’이라고 표현하였다. 왜냐하면 그것은 ‘튼튼하고 세포에 친화적’이기 때문이다. 실험에서 사용된 폴리머 하이드로겔 입자는 인간 조직을 모방할 수 있다. 이것은 단일 분자 모노머의 배열과 화학 결합을 조작하여 네트워크를 형성하는 체인으로 연결함으로써 가능하다.

#1. Northwell Health

이 회사는 ‘100% 당신의 치료를 3D 인쇄하기 위한 최초의 의료 시스템’이라고 주장한다. Northwell Health의 이 분야에서 가장 중요한 개입 중 하나는 의수에 관한 것이다.

#2. Psyonic

이 분야에서 놀라운 일을 하고 있는 또 다른 회사는 Psyonic이다. Ability Hand, Psyonic의 주력 제품은 세계에서 가장 빠르고 첫 번째 터치 감지 바이오닉 손이다. Psyonic은 3D 인쇄를 활용하여 효율적으로 프로토タイプ을 제작하고, 비용을 낮추고, 내구성과 충격 저항성을 향상시킨다.

3D 인쇄의 미래: 현실에 가까운 것

3D 인쇄된 장기를 생산하는 데 하이드로겔을 비효율적으로 사용하는 것은 일부 역사이다. 2022년 연구 보고서에 따르면, 바이에루트 대학교의 토마스 셰이벨 교수가 이끄는 연구 팀은 3D 인쇄를 사용하여 스파이더 실과 마우스 피브로블라스트 세포를 혼합하여 ‘바이오 잉크’ 또는 하이드로겔을 성공적으로 생산하였다.

이러한 예는 3D 인쇄가 인간의 장기를 복제하는 데 얼마나 현실적으로 될 수 있는지 보여준다. 2022년, 텍사스 주 샌안토니오에서 아트루로 보니라 박사는 20세의 여성에게 외이를 이식하였다. 이는 3D 바이오 프린터를 사용하여 여성의 카티리지 세포로 제작된 것이었다.

폴란드의 연구자들은 또한 2주 동안 관찰된豚에서 안정적인 혈류를 갖는 기능적인 췌장 프로토 타입을 인쇄하였다. 동시에 인간 폐에 대한 기술을 적용하는 노력도進行 중이다. 웨이크 포레스트 재생의학 연구소의 과학자들은 모바일 스킨 바이오 프린팅 시스템을 개발하였다. 그들은 곧, 비즈니스에서 비즈니스로 이동하여 환자의 상처를 스캔하고 측정하여 3D로 인쇄된 피부를 직접 상처 표면에층층이 인쇄할 수 있을 것이라고 믿는다.

텔아비브 대학교의 조직 공학 및 재생의학 책임자인 탈 디르 교수는 ‘토끼 크기’의 3D 인쇄된 심장을 개발하였다. 심장은 세포, 방, 주요 혈관, 심장 박동을 갖추고 있다. 디르는 발명과 그 미래 가능성에 대해 다음과 같이 말했다:

“우리는現在 심장 박동 세포, 심방 세포, 심실 세포를 작업하고 있습니다. 잘 진행되고 있습니다. 나는 이것이 미래라고 믿습니다.”