미래의 의료 혁명, 인공 장기와 생체공학 기술

지금도 병원에서 장기 이식을 기다리는 환자들은 많지만, 이식을 원하는 환자의 몸에 딱 맞는 장기를 찾는 일은 쉽지 않습니다. 장기이식 대기자 명단에 이름을 올렸다고 당장 며칠내에 기증받을 수 있는 것도 아니며, 기증받을 수 있는 장기의 수는 한정되어 있는데다 면역 거부반응이나 이식 후 합병증 같은 문제도 존재하고 있습니다. 그런데 만약 인공적으로 장기를 만들어서 이식할 수 있다면 어떨까요?

오늘날 생명과학과 공학 기술이 결합하면서 인공 장기와 생체공학(Bioengineering) 기술이 빠르게 발전하고 있습니다. 특히 3D 프린팅 기술을 이용한 장기 제작, 생체이식 기술 등이 바이오와 접목하여 활발한 연구를 수행하고 있습니다. 이번 글에서는 인공 장기가 무엇인지, 3D 프린팅 장기 기술이 어떻게 발전하고 있는지, 생체이식 기술을 어떻게 활용되는지에 대해 작성하겠습니다.

1. 인공 장기란?

인공 장기(Artificial Organs)는 말 그대로 인체에서 손상된 장기를 대체할 수 있도록 만든 장기를 말합니다. 기존에도 인공 장기는 있습니다. 모두가 이미 잘 알고있는 금속이나 플라스틱 같은 재료로 만든 인공 심장, 인공 관절 등이 존재합니다. 하지만 최근에는 실제 인체 세포를 활용해서, 살아 있는 장기와 비슷한 기능을 하는 인공 장기를 만드는 기술이 발전하고 있으며 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 인공 장기를 만드는 방법에는 여러 가지가 있지만, 특히 3D 바이오 프린팅 기술이 주목받고 있어요.

 

2. 3D 프린팅 장기, 어떻게 만들까?

보통 우리가 아는 3D 프린팅은 플라스틱이나 금속을 녹여서 층층이 쌓아 올리는 방식이죠? 그런데 장기를 만들 때는 플라스틱이 아니라 세포를 이용해서 3D 프린팅을 하는데 이런 방식으로 만든 장기를 3D 바이오 프린팅 장기라고 합니다. 3D 바이오 프린팅 장기를 만드는 과정은 다음과 같이 진행됩니다.

①  환자의 세포를 추출한다.

먼저, 환자의 몸에서 세포를 채취합니다. 예를 들어, 피부나 지방에서 줄기세포를 추출하는데, 이 줄기세포는 특정한 환경에서 간, 심장, 콩팥 같은 다양한 장기 세포로 변할 수 있습니다.

②  바이오 잉크(Bio-ink)를 만든다.

줄기세포를 배양해서 원하는 세포로 변환한 뒤, 젤 같은 물질과 섞어서 바이오 잉크를 만드는데, 이 바이오 잉크를 만드는 이유는 프린터에서 사용될 잉크 역할을 하기 때문입니다.

③  3D 바이오 프린팅을 진행한다.

이제 특수한 3D 프린터를 이용해 장기의 형태를 한 층씩 쌓아 올립니다. 인체 조직을 만들기 때문에 정확한 형태와 구조를 만들어야 합니다. 예를 들어, 혈관이 포함된 심장을 만들려면 혈관 구조까지 정교하게 프린팅 할 수 있어야 합니다.

④  배양 과정을 거친다.

프린팅된 장기는 바로 사용할 수 있는 게 아니라, 일정 기간 동안 배양해야 합니다. 세포들이 서로 연결되고 정상적으로 기능하도록 성장하는 과정이 필요하기 때문입니다. 이렇게 만들어진 3D 프린팅 장기는 환자의 세포로 만들어지기 때문에 면역 거부 반응이 거의 없고, 기존 장기보다 훨씬 더 생체 친화적입니다.

 

3. 생체이식 기술과 활용 사례

생체이식 기술(Bioimplant Technology)은 인공적으로 만든 조직이나 장기를 사람 몸에 이식하는 기술입니다. 3D 프린팅 기술뿐만 아니라 특수한 생체 재료를 활용해서 손상된 부위를 복구하거나, 이식할 수 있도록 연구되고 있습니다.

실제로 사용된 인공 장기 사례

이미 실험적으로 여러 장기가 만들어지고 있습니다. 몇 가지 사례를 살펴보겠습니다.

• 인공 피부
  화상 환자나 피부가 손상된 환자를 위해 실제로 이식 가능한 인공 피부가 개발되었어요. 환자의 세포를 이용해 피부 조직을 배양하고, 이식하면 자연스럽게 새로운 피부로 정착돼요.
• 인공 방광
  손상된 방광을 대체하기 위해 실제로 환자에게 이식된 사례가 있어요. 환자의 세포를 활용해 배양한 방광을 만든 후, 이식했더니 정상적으로 기능했다고 해요.
• 3D 프린팅 인공 귀
  연골 세포를 활용해 입체적인 귀 모양을 프린팅해서 이식하는 기술도 연구 중이에요. 선천적으로 귀가 없는 사람이나 사고로 귀를 잃은 사람들에게 희망이 될 수 있는 기술이에요.
• 인공 혈관
  혈관이 막히거나 손상된 사람들을 위해 생체 재료로 만든 인공 혈관이 개발되고 있어요. 현재 일부 실험에서는 동물에게 이식한 후 정상적으로 기능하는 것이 확인되었어요.

4. 인공 장기와 생체이식 기술의 미래

현재 3D 프린팅 장기나 생체이식 기술은 완벽한 장기 이식 수준까지는 도달하지 않았지만, 빠르게 발전하고 있습니다. 생채공학 기술의 발전이 불러올 긍정적인 효과는 다음과 같습니다.

• 장기 부족 문제 해결
  현재는 장기 기증자가 부족해서 많은 사람들이 장기 이식을 기다려야 합니다. 3D 프린팅 장기가 실용화되면 누구나 적절한 장기를 공급받을 수 있는 시대가 와서 기약없는 기다림을 줄일 수 있을거라 생각합니다.
• 면역 거부 반응이 없는 장기 이식
  기존에는 다른 사람의 장기를 이식하면 면역체계가 거부하는 경우가 많았습니다. 이식받은 사람의 장기이지만 환자의 면역체계에서 거부반응을 일으키는 현상을 이식거부반응이라고 하며, 이 경우는 이식받은 장기의 조직을 파괴하여 되려 환자의 목숨을 위협하기도 합니다. 하지만 환자 자신의 세포를 이용해 장기를 만들면 면역 거부 반응을 최소화할 수 있습니다.
• 비용 절감과 치료 접근성 향상
  장기 이식 수술은 비용이 매우 비싸고, 의료 시스템이 잘 갖춰진 나라에서만 받을 수 있습니다. 하지만 3D 프린팅 장기가 널리 상용화되면 비용이 낮아지고, 더 많은 환자에게도 치료의 손길을 내밀 수 있을 것입니다.

지금까지 살펴본 것처럼, 인공 장기와 생체이식 기술은 단순한 연구가 아니라 실제로 사람들에게 희망을 줄 수 있는 중요한 기술입니다. 특히 3D 프린팅을 이용한 장기 제작은 환자의 세포를 활용하기 때문에 면역 거부 반응을 줄이고, 부족한 장기 문제를 해결할 가능성을 제시하는 기술임에는 분명합니다. 아직 완벽하게 기능하는 장기를 만들기까지는 시간이 걸리겠지만, 가까운 미래에는 병원에서 장기를 프린팅해서 이식하는 시대가 올 수도 있습니다. 더욱 발전할 인공 장기 기술로 인해 한층 더 건강해질 우리의 삶을 기대해봐도 좋을 것 같습니다.