상단 서비스 목록

  • 다나와 앱

    다나와 앱 서비스 목록

    다나와 APP No.1 가격비교사이트 다나와 앱으로
    간편하게 최저가를 확인하세요.

    문자로 앱 설치 URL 받기

    - -

    QR코드

    가격비교
    닫기

컬럼 - 미래를 바라보는 기술, 4D 바이오프린팅

2020.01.06. 13:52:55
조회 수
 778
 1

2018년 말 기준, 국내 장기이식 대기 환자 수는 3만여 명을 넘은 반면에 기증자 수는 450명뿐이었다. 그리고 지금도 언제가 될지 모를 장기이식 수술을 기다리고 있는 환자는 계속해서 늘어나고 있다. 이처럼 턱없이 부족한 기증자 수를 대체하기 위해 2000년도 초반부터는 3D 프린팅이 바이오산업에 사용되기 시작했다. 3D 프린팅을 통해 뼈, 귀, 외골격, 혈관, 조직 및 기관 등을 제작할 수 있으며, 바이오산업에서 활용되고 있는 부분으로는 1) 신체 이식, 2) 해부용 모델, 그리고 3) 제약업 연구이다. 3D 프린팅 종류로는 레이저, 잉크젯, 압출형 등이 있는데, 바이오프린팅으로는 잉크젯 기반 프린터가 가장 많이 쓰이고 있다.

잉크젯 기반 3D 바이오프린팅 과정은 우선 제작하고자 하는 조직 및 기관의 청사진을 만든 후, 환자에게서 줄기세포를 추출하여 특정 기관의 세포로 분화시킨다. 그리고 프린터의 바이오잉크를 분화된 세포와 혈관 세포 및 다른 필요한 매체로 채운 후 바이오프린팅한 결과물을 최종적으로 환자에게 이식하기 전에 바이오리액터(bioreactor)에 넣어 반응을 살펴보고 이식을 하게 된다. 사람과 사람 간의 장기이식이 아닌 환자의 몸에서 추출한 세포를 배양해 만든 장기를 이식하는 것이기 때문에 부작용이나 2차 감염을 현저히 줄일 수 있었고, 환자 맞춤형 장기 제작이 가능해 시간을 절약할 수 있으며 장소와 무관하게 활용할 수 있다는 장점이 있다.

하지만 사람의 몸은 항시 변화하기 때문에 몸에 이식되는 조직이나 기관 또한 환경적인 요소에 맞춰 스스로 변형이 가능해야 한다. 이와 같은 부분은 만족시키기 위해 현재 개발되고 있는 기술이 4D 바이오프린팅이다. 4D 프린팅은 미국 MIT 자가조립연구소 스카일라 티비츠(Skylar Tibbits) 교수에 의해 2013년에 처음 알려진 기술이며, 2014년도에는 한국과학기술정보연구원(KISTI)이 4D 프린팅을 10대 유망기술 중 하나로 선정한 바 있다.

▲ 4D 프린팅은 3D 프린터를 통해 자가조립이 가능한 결과물을 만들어내는 것이다


4D 프린팅이란, 온도나 습도 등의 다양한 에너지 원천에 의해 제작이 완성된 후의 시간에도 스스로 변형(자가변환(self-transformation) 및 자가조립(self-assembly)) 할 수 있는 ‘스마트재료’를 3D 프린터로 출력하는 것이다. 즉, 3D 프린팅에 시간(1D)이라는 개념이 추가된 것이다. 자가조립이 가능한 결과물을 만들어내는 4D 프린팅은 특히 바이오산업에서 굉장히 필요한 기술이다. 이는 자연계의 생체분자는 다른 생체분자를 인식해 합성 및 이동 등의 변화를 만들어내기 때문이다.

세포의 형성 과정을 보면, 간단한 전구체로부터 고분자(핵산, 단백질, 다당, 지질 등)가 만들어진 다음 거대분자체계와 소기관같이 더 크고 복잡한 구조가 형성되는데, 고분자는 자가조립에 의해 거대분자체계를 자발적으로 형성되도록 그에 필요한 정보를 함유하고 있다. 대표적인 예로는 단일 DNA 가닥이 반대쪽 단일 DNA 가닥을 인식하고 둘이 결합해 이중 DNA 가닥을 형성하는 경우가 있으며, 많은 단백질과 리보핵산 분자끼리 자가조립해 리보솜으로 형성되는 경우가 있다. 그리고, 항체가 특정 항원을 인식해 결합하는 경우와 편모단백질의 섬유사 합성 또한 자가조립의 좋은 예이다.

자가조립을 활성화시키는 자극제로는 온도, 습도, 빛, 자기장, 전기장 등의 물리적 자극제, pH(수소이온농도) 및 이온 농도 등의 화학적 자극제, 그리고 글루코스(포도당) 및 효소 등의 생물학적 자극제가 있어 이 모든 것이 4D 바이오프린팅 결과물의 자극제로 활용될 수있다. 또한, 4D 프린팅은 바이오산업에서 조직 재생 (조직 재생에 필요한 뼈대 단백질(scaffold protein)을 만들어 이식), 의학 기기 제작, 약물 투여, 의학적 진단 등으로 다양한 부분에서 활용될 수 있는 만큼 엄청난 잠재력을 가지고 있다. 외에도, 4D 바이오프린팅의 이점으로는 초기 결과물의 크기를 최대한 줄여 이식하는 부위의 흉터를 최소화할 수 있으며, 더욱 낮은 단계의 분자를 이용해 새로운 복잡한 구조의 조립체를 만들 수 있다는 것이 있다.

하지만, 굉장히 다양한 자극제와 방향이 존재하는 만큼, 생합성 및 분자 생물적인 원리를 고려해 모든 가능성을 파악하고 부작용 및 2차 감염 등의 추후 문제점 때문에 4D 바이오프린팅 기술은 아직 초기 단계에 불과하다. 작년, 국내 한 기업은 최초로 인체 장기재생기술을 적용한 ‘4D 바이오프린터’ 제품을 출시한 바 있으며, 인공 피부를 출력하는 등의 시연을 선보이기도 했다. 이는 국내 4D 프린팅 기술의 성공적인 첫걸음이길 바라며 향후에는 인공장기이식 치료술이 크게 발전해 기증자를 하염없이 기다리다 세상을 떠나는 환자의 수가 없어지기를 바란다.



<저작권자(c) 아크로팬(www.acrofan.com). 무단전재-재배포금지>


공감/비공감
1
공감/비공감 안내 도움말 보기
유용하고 재미있는 정보인가요?
유용하고 재미있는 글, 댓글에는 주저 없이 공감을 눌러주세요!
공감을 원하시면 좌측의 공감 아이콘을 클릭하고 다나와 포인트도 받으세요.
최신 기자칼럼 전체 둘러보기
5/1
코로나 19 위기 극복을 위한 자동차 백신 '내수 200만대' 오토헤럴드
위기의 쌍용차 '노사협력과 비용 절감의 묘수'로 최대한 버텨라 오토헤럴드
[김흥식 칼럼] 전기차보다 못한 경차는 없다 (1) 오토헤럴드
[기자수첩] 미래 전기차 현실로, 테슬라 '자동차에서 전자제품으로' 오토헤럴드
[김흥식 칼럼] 코로나 19 이후, 자동차 생태계 전환의 시대 (1) 오토헤럴드
타다 앱을 삭제했다, 택시를 탈 때마다 그리워질 것이다 오토헤럴드
새출발 PC 구매 노트북의 한계, 데스크톱이 필요한 이유는? 보드나라
[기자수첩] 테슬라 누적 판매 100만대 달성의 의미 (1) 오토헤럴드
[기자수첩] 신형 쏘렌토가 만난 예상치 못한 악재 '전화위복' 기회로 오토헤럴드
[김흥식 칼럼] 자동차도 쿠팡처럼 '온라인으로 팔고 새벽배송도 해야' 오토헤럴드
20학번 새내기, 50만원 선에서 노트북을 사고 싶어요 보드나라
어려운 브이로그 촬영장비 선택,야 너도 할 수 있어 (3) 보드나라
[김흥식 칼럼] 소형차 멸종국, 1000만원 아래 승용차 달랑 2개 (2) 오토헤럴드
[김흥식 칼럼] '쏘렌토 하이브리드만 빼고' 오토헤럴드
팰리세이드 버튼식 변속기 '제조사의 근본 의식 되돌아봐야' 오토헤럴드
강남에 가면 쏘나타 보다 흔한 벤츠, 절대 매력 '희소성' 상실 위기 (2) 오토헤럴드
PC방 점주의 고민,어떤 플랫폼으로 구성해야 할까 (1) 보드나라
변화와 혁신의 시대, 새해 '직진 면허' 제도부터 고쳐야! 오토헤럴드
컬럼 - 미래를 바라보는 기술, 4D 바이오프린팅 아크로팬
한전의 전기차 죽이기 '쓰든 말든 모든 충전기 기본 요금 내라' (1) 오토헤럴드
이 시간 HOT 댓글!
1/4