3D 프린터로 집을 짓거나 신발을 만든다는 이야기는 이제 더 이상 놀랍지 않습니다. 하지만, 이 프린터가 잉크 대신 세포를 사용해 인체 장기를 프린트한다면 어떨까요? 언뜻 공상과학 영화의 한 장면 같지만, 이는 현재 전 세계 연구소와 병원에서 실제로 연구 중인 기술입니다. 바로 바이오프린팅의 세계입니다.
우리 몸은 수많은 세포와 조직으로 이루어져 있고, 이 세포들은 아주 정교하게 배열되어 있어야 제대로 기능합니다. 바이오프린팅은 바로 이 배열을 복제해 신체 조직, 나아가 장기까지 만들어내는 기술인데요. 과연 이 기술이 우리의 삶을 어떻게 바꾸고 있을까요?
잉크 대신 세포? 바이오프린터의 마법
일반적인 3D 프린터는 플라스틱, 금속, 고분자 같은 재료를 층층이 쌓아 올려 물체를 만듭니다. 반면, 바이오프린터는 세포와 생체재료를 ‘잉크’로 사용합니다. 이 잉크는 인체 세포나 재생 가능한 바이오폴리머, 젤 같은 물질로 이루어져 있는데, 이를 ‘바이오잉크’라고 부릅니다.
예를 들어, 바이오프린터가 인체의 간 조직을 프린트한다고 가정해봅시다. 프린터는 우선 간을 이루는 주요 세포(간세포)를 특정한 모양으로 층층이 쌓습니다. 그리고 프린팅 후에는 세포들이 안정적으로 자라고 제 기능을 할 수 있도록 특수한 환경을 제공합니다.
이스라엘의 텔아비브 대학교 연구팀은 3D 프린팅으로 세계 최초의 미니 심장을 제작한 사례로 유명합니다. 이 심장은 사람의 세포로 만들어졌으며, 심장 내부 구조까지 재현되었습니다. 물론, 이 심장은 실제 환자에게 이식하기에는 아직 부족하지만, 연구에 큰 진전을 가져왔습니다.
미국 바이오프린팅 회사 Organovo도 주목할 만합니다. 이 회사는 간 조직을 프린트하는 데 성공했고, 약물 테스트와 같은 분야에서 실제로 사용되고 있습니다. 프린팅된 간 조직은 사람 간과 유사한 기능을 수행하며, 신약 개발 과정을 크게 단축시킬 가능성을 열어주었습니다.
국내 사례로는 2024년 3월, 가톨릭대학교 서울성모병원 김성원 교수 연구팀은 3D 바이오프린팅 기술을 활용해 인공 기관(기도)을 제작하고, 이를 환자에게 성공적으로 이식했습니다. 이 연구는 포스텍과 국내 생분해성 의료제재 생산업체인 티앤알바이오팹 등과의 협력을 통해 이루어졌으며, 20년간의 연구 끝에 환자 맞춤형 3D 바이오프린팅으로 기관을 만들어 실제로 이식 치료에 성공한 사례입니다
심장부터 간까지, 바이오프린팅의 첫 발자국
바이오프린팅이 아직 초기 단계라고는 하지만, 그 가능성은 무궁무진합니다. 심장처럼 복잡한 장기뿐만 아니라, 피부 조직, 연골, 뼈 같은 비교적 단순한 구조도 바이오프린팅의 대상이 되고 있습니다.
특히, 화상 환자를 위해 프린팅된 피부 조직이 큰 주목을 받고 있습니다. 캐나다의 한 연구팀은 이동식 바이오프린터를 개발했는데, 이 장치는 화상 부위를 따라가며 즉석에서 새로운 피부를 프린트합니다. 환자의 피부 세포를 채취한 후 몇 시간 내에 맞춤형 피부를 제작할 수 있어 회복 속도를 크게 앞당겼습니다.
또한, 일본에서는 3D 프린팅으로 제작된 혈관 조직을 심장 수술에 성공적으로 사용한 사례도 있습니다. 이처럼 바이오프린팅은 단순히 장기를 대체하는 것을 넘어, 기존의 치료법을 완전히 새롭게 정의하고 있습니다.
꿈의 기술, 아직 넘어야 할 산들
그렇다면 바이오프린팅이 모든 문제를 해결할 수 있을까요? 안타깝게도 아직 해결해야 할 숙제가 많습니다.
첫 번째로, 프린팅된 장기가 기능을 유지하는 문제가 있습니다. 장기란 단순히 모양만 같다고 되는 것이 아니라, 그 내부의 세포가 실제로 상호작용하며 제 역할을 해야 합니다. 특히, 프린팅된 장기에 혈관을 연결해 산소와 영양분을 공급하는 것이 현재 가장 큰 도전 과제 중 하나입니다.
두 번째로는 비용 문제입니다. 바이오프린터 자체의 가격이 수억 원에 달하며, 사용되는 바이오잉크와 연구비용도 상당합니다. 따라서 이 기술이 상용화되려면 경제성을 확보해야만 합니다.
하지만, 전 세계 과학자들은 이를 해결하기 위해 분투하고 있습니다. 하버드 대학의 제니퍼 루이스 교수는 혈관을 포함한 조직을 프린트하는 데 성공했으며, 이는 바이오프린팅 기술을 새로운 차원으로 끌어올린 사례로 평가받고 있습니다.
누구나 장기를 프린트하는 세상?
바이오프린팅 기술이 상용화된다면 어떤 세상이 펼쳐질까요? 누구나 필요한 장기를 맞춤형으로 프린트할 수 있는 시대가 올까요?
이 기술이 가진 가능성은 엄청나지만, 동시에 윤리적 문제도 제기됩니다. 프린팅된 장기가 기증 장기를 대체한다면, 현재의 장기 이식 시스템은 어떻게 변화할까요? 또한, 이 기술이 특정 계층만 접근 가능한 고가의 치료법으로 남을 가능성은 없을까요?
이런 고민에도 불구하고, 바이오프린팅은 분명히 우리의 삶을 바꿀 것입니다. 장기 기증 대기 명단에서 하루하루를 보내는 환자들에게 새로운 희망이 될 것이며, 신약 개발의 속도를 가속화하고 더 안전한 의료 환경을 만들 것입니다.
글을 마치며
바이오프린팅은 과학과 기술, 그리고 인류애가 만나는 지점에 있습니다. 이 놀라운 기술이 우리 곁에 더 가까이 다가올 날이 머지않았습니다. 10년 후에는 병원에서 장기를 ‘프린트’해 치료를 받을 수도 있겠죠. 상상이 현실이 되는 순간을 함께 기대해 봅시다.