인공신장을 인쇄하는 3D 프린터 개발

하버드 Jennifer Lewis 교수의 연구실에서 3D 프린터를 이용해 신장의 네프론을 만들어 내는데 성공했습니다.

지난 20년간 많은 연구진들이 인공신장을 개발하기 위해 여러 방법으로 노력해왔습니다. 신장 질병은 전세계의 10퍼센트 인구가 만성적으로 앓고 있고, 이들 중 10만명 정도가 혈액 투석기에 의존하고 있습니다. 하지만 혈액 투석기는 신장만큼 효율적이지 않고, 투석시에 매번 육체적으로나 정신적으로나 힘들어 많은 사람들이 신장 이식을 받으려 하고 있습니다. 지난해 미국에선 16,000명의 사람들이 신장 이식 수술을 받았지만, 아직 10만명 정도의 사람들이 신장 기부를 기다리고 있는 상태입니다.

Jennifer Lewis 연구실 논문

하버드의 Jennifer Lewis 교수는 독자적으로 개발한 바이오 3D프린팅 방법으로 신장의 가장 핵심적인 부분인 네프론을 인공적으로 만드는데 성공했습니다. 네프론은 혈액을 필터링해서 몸에 유용한 물질만 남기는 기관입니다. 이론적으로는 네프론만 인공적으로 만들 수 있으면 이를 기반으로 인공 신장을 만드는 것은 어렵지 않습니다. Jennifer Lewis는 아직 몇가지 연결 파트를 더 만들어야 해서 인공 신장 개발까지는 아직 몇년이 걸릴 것이라 하였습니다.

3D 프린터는 처음 제작되었을 때는 어떤 사물이든 인쇄가 된다고 하여 큰 주목을 받았었지만, 사실은 인쇄할 수 있는 사물에는 큰 제한이 있습니다. 실제로 복잡한 구조를 만들 수 있지만, 아직은 대부분 플라스틱으로만 인쇄가 가능합니다. 최근 몇년간 3D 프린터에 반도체나 살아있는 세포 등의 다양한 재료를 이용하는 연구가 많이 진행되고 있습니다. 현재는 하버드의 Jennifer Lewis 교수, 프린스턴의 Michael McAlpine 교수, 캠프릿지 대학의 Keith Martin 교수 등이 이 분야의 연구자로, 그동안 3D 프린터를 이용한 인공 귀, 인공 망막 등을 개발했습니다. 

이들 중 Jennifer Lewis 교수의 연구실에서는 지속적으로 셍체 조직을 인쇄하는 연구에 집중해 왔습니다. 현미경을 내장한 3D 프린터를 제작해 마이크로 미터 단위보다 더 정교하게 프린터를 할 수 있게 하였고, 또 여러 노즐을 내장해 한번에 다양한 재료를 사용할 수 있게 만들었습니다. 그리고 세포 같은 경우 높은 온도를 가하면 부셔지기 때문에, Lewis 교수의 연구실에서 개발한 프린터는 모두 상온에서 치약을 짜듯이 압력으로만 인쇄할 수 있게 만들어졌습니다. 그녀는 물리적인 구조 뿐만 아니라, 전기 전도도, 광학적 성질까지 바꾸는 물질을 섞어 주변과 상호작용을 하는 물체를 프린팅하는 것이 차세대 3D 프린팅 기술의 핵심이라 하였습니다.

 

Jennifer Lewis 교수는 이번에 개발한 인공 네프론으로 바로 인공신장을 개발하기는 어렵지만 다양한 분야에서 활용할 수 있다고 하였습니다. 먼저 인공 네프론이 기존의 혈액 투석기보다 효율이 월등히 좋기 때문에 새로운 인공투석기를 바로 개발할 수 있다고 합니다. 이외에도 약물 테스트 용도로도 쓸수 있다고 합니다. 약물이 마지막 테스트 단계에서 실패하는 가장 큰 이유가 사람의 신장에 유해하기 때문입니다. 생체조직으로 이루어진 Lewis 교수의 인공 네프론을 사용한다면 임상실험 없이도 약물의 독성테스트를 수월하게 진행할 수 있습니다.

3D 프린터의 발전은 이제부터 시작인 것 같습니다. 몇 년전만 해도 3D 프린터가 hype cycle의 정점에 있었지만, 그동안 그 사용성의 한계 때문에 점점 더 인기가 내려가고 있었습니다. 하지만, 이렇게 바이오 분야에서 응용될 수 있다면 또다시 큰 주목을 받는 기술이 될 수 있을 것입니다.

참고기사

MIT TechnologyReview, “3-D-Printed Kidney Parts Just Got Closer to Reality”
MIT TechnologyReview, “Microscale 3-D Printing”

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