3D프린터로 장기를 인쇄할 수 있을까?

3D 바이오 프린팅을 하는 방법에는 여러 가지가 있지만 그중 다음 2가지가 가장 일반적이다. 짜내는 방법, 레이저를 쏘는 방법.

첫 번째 방법은 케이크를 만들 때 사용하는 짤주머니와 같은 방법으로 작동한다. 이 경우에는 크림 대신 바이오 잉크가 가득 들어 있는 튜브에 압력을 가해, 노즐을 통해 부드럽게 짜낸다. 바이오 잉크는 장기를 만드는 데 사용할 세포, 화학물질, 그리고 지지하는 역할을 할 약간의 풀 같은 물질로 이루어진다. 바이오 잉크로 1층씩 쌓아 올리는 동안 컴퓨터로 통제되는 팔이 노즐을 움직여 적당한 시간에 적당한 위치에 오도록 한다. 비교적 손상되기 쉬운 세포를 부드럽게 짜낼 수 있어 좋다. 그러나 사출 방법을 이용하는 모든 기술에는 사출 속도를 조절하는 문제와 사출구에 물질이 들러붙어 끼는 문제가 따른다. 심장을 이식받을 환자는 의료 기술자가 기계에 낀 조직 샘플을 잡아 빼면서 “난 분명히 인쇄 취소를 눌렀다고, 이 멍청아!”라고 소리치는 모습은 보고 싶지 않을 것이다.

또 다른 문제는 속도다. 프린트하고 있는 세포들에 너무 큰 압력을 가하면 터질 수 있다. 이것은 가해야 하는 압력의 세기가 제한된다는 뜻이며 짜내는 속도도 이에 영향을 받게 된다. 그렇다고 너무 천천히 짜내면 문제가 발생한다. 세포는 오래 살지 못할 뿐만 아니라 지정된 위치에서 벗어나 이동할지 모르기 때문이다.

두 번째 방법인 레이저 유도하의 전방 전달법laser-induced forward transfer(LIFT)은 이 문제를 해결할 수 있다. 투명한 접시 앞면에 바이오 잉크를 바르고 접시의 뒤쪽에 레이저를 쪼인다. 그렇게 하면 작은 증기 방울이 바이오 잉크 안에서 터진다. 따라서 작은 바이오 잉크 방울이 발사되어 맞은편에 있는 수신 접시에 도달한다. 수신 접시에는 작은 바이오 잉크 점이 만들어진다. 이런 방법으로 레이저를 계속 발사하면 바이오 잉크 점들로 복잡한 형태를 그릴 수 있다. 점점 더 많은 점들로 이루어진 층을 만들면 3차원 형태를 만들 수 있다. 이 방법은 매우 복잡해 보이지만 많은 장점을 가지고 있다. 노즐을 사용하지 않기 때문에 막힐 염려가 없고, 프린트 결과가 매우 정밀하며, 압력을 세밀하게 조절해 세포의 손상을 방지할 수 있다. 그리고 뒷면의 레이저가 이동하는 속도만큼 프린트 속도를 높일 수 있다.

어쨌든 바이오 프린팅은 아주 어려운 일이다. 그러나 좋은 소식은 현재의 문제들이 대부분 해결 가능한 문제들이라는 것이다. 과학자들은 이미 진출을 시작했다. 우리는 지금 1밀리미터 두께의 납작한 세포 판을 프린트하는 수준이다. 완전한 혈관을 프린트할 수 없어 모든 일이 확산을 통해 이루어져야 하기 때문에 이보다 더 두껍게 만들 수는 없다.

그러나 좀 더 간단한 장기에서는 벌써 재미있는 일들이 일어나고 있다. 예를 들면 연골은 간 조직 같은 것들보다 조금 더 두꺼운 형태로 프린트하는 것이 가능하다. 왜냐하면 연골은 원래 영양분의 흡수나 폐기물의 방출이 혈관보다는 확산을 이용해 천천히 진행되기 때문이다. 프린스턴대학의 마이클 매캘파인Michael McAlpine 박사 연구 팀은 ‘사이보그 귀’를 3D 프린트로 만들어냈다. 귀에서 살로 이루어진 부분은 송아지에서 채취한 세포를 이용해 만든 연골과 실리콘을 합성했고, 나선형 안테나를 귀 안에 내장해 소리를 들을 수 있도록 했다.

마지막으로 3D로 장기를 프린트하는 기술의 위험성에 대해 짚고 넘어가는 것도 매우 중요할 것 같다. 하나 예를 들면, 돈이 많은 사람이 더 나은 장기를 획득할 기회를 더 많이 가지게 될 것이다. 특히 초기 단계에서는 더욱 그럴 것이다. 그러나 의료 관광으로 인해 이것은 이미 현실적인 문제가 되고 있다. 현재는 가난한 사람들의 몸이 장기를 프린트하는 기계로 사용되고 있을 뿐이다.

또한 줄기 세포와 관련된 윤리적 문제가 대두될 수 있다. 그러나 바이오 프린팅에 사용할 줄기 세포는 배아 줄기 세포와 유사하지만 환자에게서 채취한다. 경제학자들이 ‘도덕적 해이’라고 부르는 사회적 문제가 발생할 가능성도 배제할 수 없다. 사람들은 나쁘게 행동해도 되는 상황에 처하게 되면 대개의 경우 나쁘게 행동한다는 것이다. 장기에 대한 염려가 사라지면 성 문제, 약물 남용의 문제 그리고 치즈버거를 먹는 문제에서 좀 더 위험한 행동을 선택할 가능성이 커질 것이다.

하지만 미국에서는 매 시간 필요한 장기를 구하지 못해 누군가가 죽어가고 있다. 그리고 그들은 장기를 기다리는 동안 정상적인 생활을 할 수 없다. 바이오 프린팅은 환자들에게만 도움이 되는 것이 아니다. 사회 전체도 노동력 상실에 의한 손실과 공공 의료 서비스 비용을 줄일 수 있어 큰 이익을 얻을 것이다.

3D 바이오 프린팅이 가능해지면 기증자의 장기를 받기 위해 3년을 기다려야 했던 것이 옛이야기가 된다. 환자 자신의 세포를 이용해 새로운 장기를 성장시키는 데 필요한 시간만큼만 기다리면 될 것이다. 또한 자신의 세포를 이용하기 때문에 거부 반응이나 평생 동안 면역 억제제를 복용해야 하는 등의 문제가 발생하지 않는다. 이것이 잘 작동하기만 하면 새로운 장기를 손쉽게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 이식한 후의 삶의 질이 좋아질 것이다. 심지어 라이스대학교의 조던 밀러Jordan Miller 박사는 이렇게 말했다. “사전에 대체할 장기를 프린트해 냉동해두었다가 필요할 때 꺼내서 사용할 수도 있을 겁니다.”