Page 278 중학교 기술가정② 지도서

생명 기술의 세계

꿈 & 끼
바이오 3D 프린팅 기술
현재까지 인공 장기를 만들어 내는 방법에는 세포 배양을 이용하는 방
인공 장기가 생명 연장의 법과 3D 프린팅을 이용하는 방법이 있다. 이 중 주목받는 것이 바이오 3D
프린팅 기술이다. 원리는 3D 프린터에 플라스틱이나 금속 같은 소재 대신
꿈을 이루어 줄까? 살아 있는 세포를 성분으로 하는
소재를 넣어, 원하는 모양의 장
기를 출력하는 방식이다.
2016년 4월, 한국생산기술연
생명 연장을 향한 인류의 꿈은 가능할까 구원과 대 신경외과 팀은
머지않은 미래에 인공 장기가 개발되어 인류의 생명은 연장된다. 하지만 그 가격 인공 머리뼈를 60대 여성 환자에
은 평범한 서민이 감당하기 힘든 수준이다. 대금을 지불하지 못한 사람은 결국 인 게 이식하는 데 성공하였다. 뇌가
공 장기를 강제로 되돌려 주고 나서 죽음에 이른다. 부어오르는 질환 때문에 머리뼈가
영화 ‘리포 맨’의 이야기이다. 인공 장기를 통해 생명 연장의 꿈을 실현하는 일
부풀었다가 함몰된 이 환자의 머리
은 현실에서도 가능할까?
뼈 일부를 들어내고, 티타늄 인공 머
현실에서 환자들이 자신에게 필요한 장기를 얻는 방법 중의 하나는 기증이다.
지난 2015년, 영국에서 두 쌍둥이가 태어났는데, 그중 한 명이 태어난 지 100분 만 리뼈를 이식한 것이다.
에 목숨을 잃었다. 이에 부모는 아기의 짧은 삶을 빛내기 위해 장기 기증을 선택하 티타늄은 사람 몸속에서 부작용이 없는 편이지만, 순수한 티타늄의 강
였다. 아기의 신장은 성인 남성에게 이식되어 한 생명을 살릴 수 있었다. 이 아기는 도는 뼈나 합금 강도의 60%밖에 되지 않는다. 이를 보완하기 위해 다른
영국에서 최연소 장기 기증자로 기록되어 세상을 감동시켰다.
금속을 섞어서 쓰기도 하지만, 그럴 경우 주문에서 제작까지 오래 걸리고
인공 장기의 대부, 민병구 교수
이식한 뒤에 염증이 생기기도 한다.
인공 장기가 현실로 다가오다 우리나라 최초로 인공 심장, 인공 신장을
2013년 영국에서 제작된 바이오닉 맨 ‘렉스’ 이번 수술은 3D 프린터로 찍는 과정에서 티타늄의 강도를 뼈 대용으로
응급 환자들이 필요로 하는 장기에 비해 만들어 낸 사람이 있다. 주인공은 서울대
쓰이는 합금 강도의 95% 수준까지 끌어올리는 방식을 찾아냈기에 성공할 민병구 교수이다. 그는 1984년부터 기계식
장기 기증자의 수는 턱없이 부족하다. 이에
수 있었다. 티타늄 인공 머리뼈는 내부가 비어 있어 가볍고, 바이오 3D 프 인공 심장 프로젝트를 맡아 다양한 인공 장
과거에는 상상하지 못했던 인공 장기들이
기를 개발하는 데 성공하였다. 인공 장기
개발되고 있다. 린팅 기술로 빨리 찍어 낼 수 있어서 응급 환자에게 바로 시술할 수 있는
개발에는 바이오 방식과 기계식 방식이 있
2013년 영국에서 인공 장기를 사용하여 것이 장점이다. 이처럼 바이오 3D 프린팅 기술을 이용하면 정밀한 모양을
움직이는 인조인간 ‘바이오닉 맨’을 공개해 는데, 민 교수는 기계식 방식의 권위자이다.
만들 수 있기 때문에 환자 본인에게 가장 알맞은 맞춤형 뼈, 관절 등의 제
화제를 모았다. ‘렉스’라는 이름의 이 바이 2001년 세계 최초로 좌심실과 우심실의 보
작이 가능하다. 조 인공 심장인 애니 하트를 개발하여 이식
오닉맨은 인공 망막으로 사물을 보고, 인공
수술하는 데 성공하는 쾌거를 이루어 세계
달팽이관으로 소리도 들을 수 있다. 또 췌
를 놀라게 하였다.
장, 신장, 기관지 등 내부의 인공 장기를 사
용할 뿐만 아니라 인공 팔과 다리도 갖춰
드림 씨어터
인간처럼 걷거나 다양한 작업을 할 수 있
다. 놀라운 것은 바이오닉 맨이 가지고 있 Q1. 본격적인 인공 장기 시대가 오면 어떤 일이 벌어질까?
는 인공 장기 중에 인체에 바로 이식하여 Q2. 생명 연장의 꿈을 이루려는 인류의 노력에 대한 나의 생각은 무엇인가?
쓸 수 있는 것이 많다는 사실이다.
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생체 의료 분야에 활용되는 바이오 프린팅 기술 사례 3D 프린터로 만든 ‘인공 코’ 이식 국내 첫 성공
인간의 조직을 3D 태어날 때부터 코와 콧구멍이 없는 몽골 소년에게 3D 기술로 제작된 인공
프린터로 출력하는 코를 이식하였다. 일반적으로 숨을 제대로 쉴 수 없어 생후 12개월 내 사망하
3D 바이오 프린터 게 되는데, 우리나라 의료진이 3D 기술을 이용하여 인공 콧구멍, 기도 지지대
기술이 진화를 거듭 를 넣어 성공적으로 안착시켜 호흡을 가능하게 하였다.
하고 있다. 미국의
한 연구팀이 3D 바
이오 프린터 기술을 인공 장기를 여는 신소재
이용해서 귓바퀴를 생체에 이용되는 재료는 금속, 요업 재료, 고분자 및 복합재(고분자와 요업
재현하는 데 성공하 재료를 섞어 만든 재료)로 분류할 수 있다.
였다. 연구팀이 만든 귓바퀴는 실물 크기 그대로이고, 모양도 흐트러짐 없이 이러한 재료가 생체에 이식 또는 적용될 때에는 적용되는 생체 부위, 필요
그대로 유지할 수 있을 만한 강도, 안정성을 갖고 있다. 이미 실험용 쥐 등에 로 하는 생체 기능 및 사용 기간에 따라 요구되는 물성이 다양하다. 생체 재료
이식하는 데에도 성공했는데, 쥐 피부에 실제로 귓바퀴를 이식한 결과 2개월 에 요구되는 물성은 생체 적합성, 생체 기능, 기계적 물성이다.
뒤에도 모양이 그대로 유지되어 있으며, 귓바퀴를 유지할 수 있게 연골 조직이 생체는 다른 물질이 체내로 들어오면 고유의 보호 기능으로 이에 대항하는
형성된 걸 확인하였다. 3D 바이오 프린터 기술은 동물에서 유래된 세포를 포 거부 반응을 일으킨다. 혈관이 손상되거나 혈액이 인공 물질과 접촉하면 응고
함한 젤과 생분해성 플라스틱을 이용해 출력한다는 점만 빼면 일반 3D 프린터 된다. 이는 상처를 입었을 때 출혈을 방지하는 필수적인 보호 기능이지만, 인
와 큰 차이는 없다. 3D 바이오 프린터로 만든 귓바퀴를 인간에게 이식하는 건 공 혈관, 인공 신장, 인공 심장 등의 순환계 인공 장기 사용 시에 응혈(혈전)로
아직 이루어지지 않았지만 이식에 무사히 성공하게 된다면 사고 등으로 귀가 인한 혈관 막힘 등 치명적인 결과를 초래한다. 또한 조직 세포가 다른 물질과
손상된 사람에게 이식, 모양을 찾아 줄 뿐 아니라 소리 반사를 이용해 청력을 접촉하면 세포가 이상 증식되며, 이식물을 둘러싸는 피막이 형성되어 결과적
높여 줄 수 있다. 으로 이식물은 세포로부터 유리된다. 이러한 현상은 인공 관절 또는 인공 치아
3D 바이오 프린터 기술로 만든 조직은 귓바퀴처럼 그 자체가 모양을 계속 가 세포에 부착되지 못하여 실패하는 결과를 초래한다. 이외에도 재료의 독성
유지하는 걸 목적으로 할 뿐 아니라 출력 당시에는 물리적인 안정성을 유지하 이나 세포와의 상호 작용으로 염증 발암 세포의 죽음을 일으키기도 한다.
다가 시간이 지날수록 자연스럽게 분해되게 만드는 것도 가능하다고 한다. 따 따라서 생체 재료는 생체에 적용 시에 혈액 및 조직과 상호 작용으로 거부
라서 세포 형성을 촉진하고 부상에서 회복하거나 손상 부위를 재생하는 재생 작용을 일으키지 않고 생체에 친화력을 가지는 생체 적합성이 필수적이다. 재
의료에도 활용을 기대해 볼 수 있다. ※출처: <테크홀릭>, 2016.2.17. 료의 화학적 물리적 구조와 생체 적합성의 관계는 아직 완전히 규명되고 있지
못하지만 많은 연구가 활발히 진행되고 있다.
※출처: http://dl.dongascience.com/magazine/view/S198908N023

8. 생명 기술의 세계 대단원 마무리
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