[더리포트] 사람의 심장을 3D 프린터로 만들 수 있을까? 이런 질문이 현실화 될 날이 머잖았다. 

최근 미국 카네기 멜론 대학의 연구팀은 인체의 콜라겐에서 3D 생체인쇄 조직 표본을 얻을 수 있는 새로운 기술을 개발했다. 이는 성인 심장을 3D 프린터로 '인쇄'할 수 있다는 점을 뜻한다.

5일 카네기 멜론 대학(Carnegie Mellon University)의 연구팀에 따르면 '프레쉬(FRESH, Freeform Reversible Embed of Suspended Hydrogels)'라는 이 기술은 기존의 3D 바이오프린팅 방식의 많은 문제들을 극복했다. 즉 부드럽고 살아있는 재료를 사용하는 이 부문의 실험들에서 한 발 나아가 정확하고 섬세한 성과를 냈다.

심장과 같은 인체의 각 기관은 세포 외 기질(ECM. extracellular matrix)이라 불리는 생물학적 골격에 의해 결합되어 있는 특수한 세포로부터 만들어진다. 이 ECM 단백질 네트워크는 세포가 정상적인 기능을 수행하는 데 필요한 구조 및 생화학적 신호를 제공한다. 그러나 지금까지는 전통적인 생물 공학 방법을 사용하여 복잡한 ECM 구조를 재구성 할 수 없었다.

이번 연구를 수행한 카네기 멜론대학 바이오메디컬공학 교수인 아담 파인버그는 "우리는 세포와 콜라겐을 활용해 심장 판막이나 작은 박동 심실처럼 제대로 기능을 하는 심장의 일부분으로 프린트할 수 있다는 것을 보여줬다"고 말했다.

또한 심장의 MRI 데이터를 이용해 환자 고유의 해부학적 구조, 3D 바이오프린트 콜라겐, 인간 심장 세포 등을 정확하게 재현했다.

파인버그의 연구소에서 공동 집필한 앤드류 허드슨 BME 박사과정 학생은 "콜라겐은 신체의 모든 조직을 구성하기 때문에 3D 프린트에 매우 적합한 생체 재료"라고 설명했다. 3D 프린트가 어려운 이유는 그것이 액체이기 때문이다. 따라서 공기 중에 인쇄하려면 ‘웅덩이’가 생긴다. 이에 따라 그 변형을 방지하는 기술이 필요하다.

파인버그의 연구실에서 개발된 'FRESH' 3D 바이오프린팅법은 콜라겐을 젤로 만든 틀 안에 겹겹이 쌓아 굳게 만든다. 이어 'FRESH' 기술로 프린트한 뒤 틀 역할을 했던 젤을 체온 정도로 열을 가해 쉽게 녹일 수 있다. 이렇게 하면 콜라겐과 세포로 만들어진 인공 장기를 손상시키지 않을 수 있다.

이 방법은 콜라겐 골격으로 만든 장기가 대규모 인쇄될 수 있기 때문에 3D 바이오프린팅 분야에서 매우 주목할 연구결과다.

또한 콜라겐에 국한되지 않고 섬유질, 알긴산염, 히알루론산을 포함한 다양한 부드러운 젤이 FRESH 기법을 사용하면 3D 바이오프린팅이 되어 생체 인식이 가능하다. 중요한 사실은 연구원들이 또한 의료 실험실에서부터 고등학교 과학 수업에 이르기까지 거의 모든 사람이 저렴한 고성능 3D 바이오프랭크를 제작하고 이용할 수 있도록 오픈소스 디자인을 개발했다는 점이다.

현재 미국에만 4000명이 넘는 환자들이 심장 이식을 기다리고 있다. 이번 연구는 인공장기에 대한 과학적 성과에 새로운 희망의 빛을 던져주고 있다. 이 연구결과를 담은 논문은 사이언스지에 발표됐다.