새로운 기술이 기능성 뇌 조직의 3D 프린팅을 가능하게 하다

3D 프린팅 장기

3D 프린팅, 혹은 적층 제조는 현재 수백 가지 재료가 사용 가능해지면서 제조 방식을 조용히 혁신하고 있습니다.  하지만 가장 흥미로운 재료는 제조용이 아니라 의료 목적, 즉 생물학적 조직일 수 있습니다:

바이오프린팅은 언젠가 인간의 심장, 간, 혹은 폐를 주문형으로 실제 3D 프린팅하여 이식 준비가 가능한 상태로 만들 수 있을지도 모릅니다. 우리는 이와 관련해 우리 기사 “요청 시 장기: 최고의 3D 바이오프린팅 주식”에서 다루었습니다.

위에 위스콘신 대학교 매디슨 캠퍼스, 신경과학 및 신경학 교수인 Su‑Chun Zhang이 이끌고 있습니다. 그들은 일반 뇌 조직처럼 성장하고 기능할 수 있는 뇌 조직을 3D 프린팅하는 데 성공했습니다.  이는 진정으로 혁신적인 결과이며, 지금까지의 모든 뇌 조직 3D 프린팅 시도보다 훨씬 뛰어난 성과입니다.

최적화된 바이오 잉크

이 과학적 돌파구의 핵심은 신경세포의 특수한 요구에 맞게 기존 바이오프린팅 기술을 조정한 것이었습니다.

보통 바이오프린팅은 복잡한 스캐폴드 재료를 사용해 세포를 수직으로 겹쳐 쌓습니다. 대신 Zhang 팀은 수평 설계를 선택하고, 이전에 사용된 것보다 훨씬 부드러운 바이오 잉크 겔을 사용했습니다.

이 부드러운 겔은 신경세포가 실제 뇌에서처럼 서로 성장하고 상호작용하도록 허용합니다. 비교적 얇은 겔은 산소 침투를 개선하고, 얇게 성장한 조직이 겔로부터 영양분을 충분히 흡수할 수 있게 합니다.

출처: Cell Stem Cell

전체적으로 이 조직은 기존 모델보다 실제 뇌 조직에 훨씬 가깝습니다. 조직이 더 많이 연결될 뿐만 아니라, 신경세포가 정상적으로 서로 소통할 수 있으며, 조직에 보조 세포를 추가할 수도 있습니다. 이 보조 세포는 신경 활동에 직접 관여하는 신경세포는 아니지만, 활성 신경세포가 기능하고 건강하게 유지되도록 중요한 역할을 합니다.

새로운 연구 도구

현재 사용되는 뇌 오가노이드와 비교했을 때, 이 3D 프린팅 뇌 조직은 훨씬 더 현실적이며 실제 뇌가 어떻게 작동하는지 이해하는 데 큰 도움이 됩니다.

출처: Broad Institute

모델 뇌 조직의 구조를 완전히 제어함으로써, 연구자들은 이 기술을 사용해 알츠하이머병, 다운증후군 등으로 고통받는 뇌의 현실적인 복제본을 만들 수 있습니다.

“우리는 조직을 설계대로 프린팅할 수 있기 때문에, 인간 뇌 네트워크가 어떻게 작동하는지를 살펴볼 수 있는 정의된 시스템을 가질 수 있습니다. 특정 조건에서 신경 세포가 서로 어떻게 대화하는지를 정확히 프린팅해 볼 수 있기 때문에 매우 구체적으로 연구할 수 있습니다.”

뇌가 네트워크 형태로 작동하므로, 높은 수준의 상호 연결성은 기본 연구를 진전시키는 데 핵심이 될 것입니다.

이 새로운 프린팅 기술은 별도의 장비를 필요로 하지 않는 것이 큰 장점입니다. 벤치탑 상용 3D 프린터만 있으면 가능하며, 신경세포 분석은 이미 신경학 연구실에서 흔히 사용하는 현미경 영상 및 전극과 같은 일반적인 방법으로 수행할 수 있습니다.

바이오프린팅 주식

1. BICO Group AB

Pr Zhang의 팀은 Cellink 프린터를 사용해 뇌 조직 바이오프린팅을 수행했습니다.

2021년에 Cellink는 2019년 Cytena와 2020년 Scienion 를 인수한 뒤 BICO Group으로 사명이 변경되었습니다. Cellink는 여전히 바이오프린팅 사업 부문의 브랜드명으로 남아 있습니다.

바이오프린팅은 2023년 3분기에 매출 1,600만 달러를 기록했으며, 생명과학 부문 2,800만 달러와 바이오자동화 부문 1,200만 달러를 추가로 기록했습니다.

출처: BICO Group AB

비록 이 분야에서 유일한 기업은 아니지만, Cellink는 확실히 매우 앞선 바이오프린팅 장비 제조업체입니다. Pr Zhang가 이 기계들을 사용해 이룬 성과는 현재 바이오프린팅을 거의 활용하지 않는 신경학 연구 분야에서 그 잠재력을 보여줍니다.

장기적으로 바이오프린팅 기업들은 연구자들에게 도구를 제공하는 단계에서 벗어나, 제약 회사의 바이오프린팅 치료제를 환자에게 공급하는 공급업체로 진화할 가능성이 높습니다. 이는 사용되는 바이오프린터 수와 매달 판매되는 소모품 양을 크게 변화시킬 것입니다.

이는 PacBio (PACB)와 Illumina (ILMN)와 같은 다른 바이오랩 장비 제조업체가 겪은 동일한 과정을 겪으며, 결국 매출의 80%를 소모품의 반복 판매에서 얻고 있습니다.

2. Organovo

Organovo의 독점 기술은 3D 프린팅된 인간 조직을 사용해 실제 인간 조직의 구성, 구조, 기능 및 질병을 모방합니다.

이를 통해 치료 가능성이 있는 새로운 분자를 찾을 수 있었습니다. 3D 조직 모델에서 잠재적 분자를 먼저 검증함으로써, 인간을 대상으로 시험하기 전에 보다 현실적인 인‑비트로 세포 모델을 활용해 임상 시험 실패 위험을 줄이는 것이 목표입니다.

Organovo의 파이프라인은 염증성 장질환(IFD)과 간 섬유증에 초점을 맞추고 있으며, 임상 시험 단계 2/3에 있는 프로그램 하나와 단계 1에 있는 프로그램 하나를 보유하고 있습니다. 2a 단계 POC 결과는 2025년 하반기에 기대됩니다.

출처: Organovo

2022년 미국에서는 궤양성 대장염(염증성 장질환의 한 형태) 사례가 210만 건, 전 세계적으로는 1300만 건이 보고되었으며, 이는 66억 달러 규모의 시장을 형성합니다. 또한 2032년까지 연평균 6% 성장하여 120억 달러 규모의 시장이 될 것으로 예상됩니다.

Organovo는 편극된 상피와 간질층을 갖춘 장 조직의 현실적인 시뮬레이션을 사용하므로, 약물이 환자에게 어떻게 작용할지에 대한 인‑비트로 모델을 잘 제공할 가능성이 높습니다.

출처: Organovo

이러한 이유로 Organovo는 바이오프린팅 초기 단계에서 이익을 얻고자 하는 투자자와, 바이오프린팅을 바이오테크 기업이 새로운 치료법을 발견하는 모델로 활용하려는 투자자에게 흥미로운 주식이 됩니다.