'네이처'지는 이번 주 톱 스토리로 프린스턴대학과 존스 홉킨스 대, 메릴랜드 대 공동연구팀이 개발한 바깥 귀(outer ear) 시제품을 소개하고 있다. 3D 프린터로 만든 이 바깥 귀는 지난 15~17일 뉴욕에서 열린 ‘인사이드 3D프린팅 컨퍼런스’에서도 주요 의제가 된 바 있다.

이 바깥 귀는 귀의 형상을 한 물을 용매로 한 젤리 히드로겔(hydrogel)과 물렁뼈를 생성시키는 세포들, 그리고 소리에 반응하면서 귀의 안테나 기능을 수행할 수 있는 은나노 입자들로 구성돼 있다.

세계 최대 규모의 3D프린터 행사인 ‘인사이드 3D프린팅 컨퍼런스’에는 이 인공 바깥 귀외에도 다양한 시제품들이 소개됐다. 그러나 바깥 귀에 관심이 집중된 것은 지금 의료계를 중심으로 3D 프린터로 만든 인체조직 시장이 그 모습을 드러내고 있기 때문이다.

티타늄으로 복잡한 구조의 엉덩관절 개발 중 

과학자들은 인공 귀 외에 (3D프린터로 만든) 엉덩관절(hip joint)에도 관심을 기울이고 있다. 이 엉덩이 관절은 절구 모양의 골반 골과 공(ball) 모양의 둥근 넙다리뼈 머리로 이루어진 관절을 말한다.

오른쪽 왼쪽에 각각 하나씩, 모두 2개가 있는데 골반을 통해 전달되는 체중을 지탱하고 걷기와 달리기 같은 다리 운동이 가능하게 한다. 운동 범위가 매우 큰 관절이다. 그러나 쓰임새가 많은 만큼 망가지기가 쉽다.

외력에 의해 관절이 빠지거나 관절 주위에 골절이 빈번히 생길 수 있고, 퇴행성 관절염이나 골조직의 혈액 순환 장애로 인한 무혈성 괴사가 생길 수도 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 과학자들은 티타늄으로 만든 인공 엉덩 관절을 개발하고 있는 중이다.

3D 프린터로 손상된 두개골, 손가락을 제작하는 일 역시 주목을 받고 있다. 분자가 중합할 때 생기는 화합물 중합체(polymer)를 원료로 강력한 대체 인공조직들을 만들고 있는 중이다. 새로운 인공 조직이 생겨날 때마다 관련 시장이 기하급수적으로 팽창하고 있다.

제조업 컨설팅업체인 홀러스 어소시에이츠(Wohlers Associates)에 따르면 지난해 3D 프린터로 제작한 인체조직 시장은 5억3700만 달러(한화 약 5798억원)의 시장을 형성했다. 이는 2013년과 비교해 약 30%가 늘어난 것이다.

새로운 시장이 형성되고 있는 가운데 과학자들 역시 새로운 혁신 기술을 선보이고 있다. 최근 등장하고 있는 기술 가운데 가장 주목받고 있는 기술은 프린터 잉크처럼 세포를 투입하는 기술이다.

3D 프린터로 만든 장기 이식수술 가능해

하버드 대학의 바이오엔지니어인 제니퍼 루이스(Jenifer Jewis) 씨는 아직 발달하지 못한 줄기세포를 (잉크처럼) 3D 프린터에 투입한 후 인쇄하듯이 세포층을 겹겹이 쌓아나가면서 새로운 인제조직을 만드는 연구가 진행되고 있다고 말했다.

바이오프린팅(bioprinting) 기술을 말한다. 이 기술을 보유하고 있는 샌디애고의 벤처 기업 ‘오가노보(Organovo)’는 이미 3D 프린팅로 만든 간세포 조직을 판매하고 있는 중이다. 인체 이식용이 아니라 제약회사의 신약 시험용으로 제작한 것이다.

‘오가노보’의 케이스 머피(Keith Murphy) 대표는 “이 기술을 더 발전시켜 손상된 간을 대체할 수 있는 줄기세포 패치를 제작하겠다”고 말했다. 3D 프린터로 만든 이 줄기세포 패치는 간 장기이식의 가능성을 말해주고 있다.

최근 병원에서 3D 프린터 사용은 일상적인 일이 됐다. 많은 외과 의사들은 수술에 앞서 3D 프린터로 만든 가상 기관으로 수술 예행연습을 하고 있다. 또 환자의 뼈와 연골 및 힘줄 재생을 위해 3D 프린팅한 플라스틱 복원 뼈를 활용하고 있다.

‘인사이드 3D프린팅 컨퍼런스’에서 아젠더로 채택한 기술들을 보면 그동안 기초적인 기술이 더 발전해 실제 장기를 만들고, 세포를 잉크처럼 인쇄에 활용하면서 혈관 체계에 받아들여지도록 인공 장기를 만드는 단계까지 와 있다는 것을 알 수 있다.

그러나 너무 큰 기대는 금물이다. 하버드대 바이오엔지니어인 루이스 씨는 콩팥, 간 등을 장기이식하는 방안이 거론되고 있지만 언제 그 일이 실현될지는 대해서는 속단하지 말 것을 충고했다. 장기이식이 이루어지기에는 너무 복잡한 기술이라는 설명이다.

현재 수준에서 세포를 이용한 바이오프린팅으로 매우 작은 장기는 제작이 가능한 것으로 분석되고 있다. 그러나 간, 심장 같은 중요한 장기들을 이식하기 위해서는 적어도 10년 이상의 기간이 소요될 것이라는 것이 관계자들의 전망이다.