3D 프린팅의 발달 그리고 바이오잉크로 인체 조직을 만들다.

3D 프린팅이란?

디지털 디자인에서 재료를 층층이 추가하여 3차원 물체를 만드는 과정을 통하여 재료를 제거하는 대신 재료를 추가하여 물체를 만드는 것과 관련되므로(절단, 드릴링 또는 밀링과 같은 절삭 가공에서처럼) 적층 제조라고도 합니다.

 

3D 프린팅 된 물체를 만들기 위한 첫 번째 단계는 CAD(Computer-Aided Design) 소프트웨어 또는 3D 모델링 소프트웨어를 사용하여 디지털 디자인을 만드는 것입니다. 그런 다음 이 디자인을 3D 프린터에서 읽을 수 있는 형식의 디지털 파일로 내보냅니다. 다음으로 3D 프린터는 디지털 파일을 읽고 인쇄 프로세스를 시작합니다.

 

프린터는 FDM(융합 증착 모델링), SLA(광조형) 또는 SLS(선택적 레이저 소결)와 같은 다양한 기술을 사용하여 개체를 층별로 구축합니다. 인쇄에 사용되는 재료는 플라스틱, 금속, 세라믹, 또는 식품과 같이 다양할 수 있습니다.

 

각 레이저가 추가되면 전체 개체가 완성될 때까지 프린터가 다음 레이어로 이동합니다. 인쇄가 끝나면 재료와 용도에 따라 개체를 청소하거나 마무리정리를 할 수 있습니다.

 

3D프린팅은 프로토타이핑 및 제품 디자인에서 의료, 교육 및 엔터테인먼트에 이르기까지 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다. 기존 제조방식에 비해 속도, 맞춤화, 비용, 효율성 등의 이점을 제공하며 향후 많은 산업 분야에 혁신을 일으킬 잠재력이 있습니다.

인체 조직을 만드는 바이오잉크

조직 및 장기와 같은 복잡한 생물학적 구조를 만들기 위해 3D 바이오프린팅에 사용되는 특수한 소재인 바이오잉크는 살아있는 세포와 지지물질(예: 하이드로겔 또는 알지네이트)의 조합으로 세포가 성장하고 분화할 수 있는 발판을 제공합니다.

 

바이오 잉크에 사용되는 살아있는 세포는 인쇄되는 조직에 따라 줄기 세포 또는 분화 세포와 같은 다양한 세포 유형을 포함할 수 있습니다.

 

바이오잉크의 지지 재료는 세포가 성장하고 분화할 수 있도록 적절한 기계적, 화학적 및 생물학적 단서를 제공하도록 신중하게 공식화되어야 합니다. 여기에서 인쇄된 조직의 전체 구조와 세포의 거동에 영향을 미칠 수 있는 강성, 다공성 및 생체 적합성과 같은 요인이 포함됩니다.

 

바이오잉크는 일반적으로 원하는 조직 구조에 해당하는 특정 패턴으로 바이오잉크를 증착하도록 프로그래밍된 3D 바이오프린터의 층별로 증착됩니다. 세포가 올바른 위치와 방향으로 배치되도록 프린터를 신중하게 보정해야 합니다.

 

바이오잉크의 개발은 조직 공학 및 재생 분야의 혁명을 일으켰고, 연구원들에게 다양한 응용 분야에 사용할 수 있는 복잡한 생물학적 구조를 만드는 강력한 도구로 제공했습니다. 생체 인쇄 조직은 질병 및 부상 치료에 보다 개인화된 접근 방식을 제공함으로써 의료 서비스를 혁신할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

 

기술의 발전 그리고 앞으로 기대할 수 있는 효과

온도 조절만으로도 안정적인 지지체를 만들 수 있는 바이오잉크가 개발되어 상용화될 가능성을 앞당길 수 있는 소식입니다. 아직은 연구실 수준에서 개발이 이루어졌을 뿐 임상단계까진 가지 못한 상태입니다.

 

기존 바이오잉크의 경우 자외선을 쏘여 제작하거나 외부 배양세포를 이식해야 하기 때문에 독성, 이식 부작용 가능성이 있습니다. 하지만 이번에 개발 중인 온도 조절로 안정적인 구조를 유지하여 조직 재생을 돕고 일정시간이 지나면 체내에서 생분해되는 바이오잉크를 개발하면서 다양한 모양으로 3D프린팅이 가능하며 특히 자외선을 쏘이지 않고 단단한 지지체를 만들 수 있습니다.

 

그 이유는 상온 이하에서 액체형태로 체온에서는 수초 만에 단단한 겔형태로 변하게 됩니다. 연구진은 뼈가 손상된 실험용 쥐에게 성장인자가 포함된 바이오잉크로 제작한 지지체를 이식한 결과 8주 만에 뼈가 정상 수준 재생한 것으로 확인되었으며, 지지체는 서서히 생분해되었습니다. 뼈뿐만 아니라 피부나 장기 재생에 바이오잉크를 활용하게 된다면 놀라운 효과를 가져올 것입니다.

 

바이오잉크 사용으로 얻을 수 있는 잠재적 효과로는 다음과 같습니다.

 

1. 조직 재성 : 부상이나 질병으로 인해 손상되거나 소실된 조직을 만드는 데 사용 가능합니다. 예를 들면 화상 환자를 치료하는 데 사용가능 합니다.

 

2. 약물 테스트 : 간이나 신장과 같은 장기의 3D모델을 만드는 데 사용할 수 있으며 이를 통해 보다 현실적인 환경에서 신약의 안전성과 효능을 테스트할 수 있습니다.

 

3. 맞춤 의학 : 유전적 구성이나 병력에 따라 개인의 필요에 맞는 조직과 기관을 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이것은 다양한 조건에 대해 보다 개인화되고 부작용에 대한 효과적인 치료로 이어질 수 있습니다.

 

4. 동물 실험의 필요성 감소 : 장기 및 조직의 3D 모델을 생성함으로써 생물 의학 연구에서 동물 실험의 필요성을 줄일 수 있습니다.

 

5. 연구의 발전 : 연구자에게 보다 현실적인 환경에서 세포의 행동과 기능을 연구할 수 있는 강력한 도구를 제공합니다. 이는 조직 공학, 재생 의학 및 암 연구를 포함한 다양한 분야에서 새로운 통찰력과 발견으로 이어질 수 있습니다.

 

전반적으로 3D 바이오프린팅에 바이오잉크를 사용하면 의료 및 생물의학 연구에 혁명을 일으켜 보다 효과적인 치료와 인체에 대한 이해를 높일 수 있는 잠재력이 있습니다.