보건복지부에 따르면 6월 기준 국내 장기이식 대기자 수는 사상 처음으로 4만 명을 넘어섰지만, 기증자는 매년 줄어들고 있다. 망가진 장기를 대체할 인공조직에 대한 수요가 늘고 있는 이유다. 특히 최근에는 3D 프린터를 이용해 장기의 인공조직을 구현하는 기술이 각광받고 있다.
슈라이크 장 미국 하버드대 의대 교수팀은 3D 바이오프린팅 기법으로 합성한 3차원 골격 구조에 산소를 지속적으로 공급할 수 있는 방법을 개발해 국제학술지 ‘물질(Matter)’ 11월 18일자에 발표했다.
3D 바이오프린팅은 ‘바이오 잉크’로 3차원 골격 구조를 만든 뒤, 산소와 영양분 등 세포 생존에 필요한 물질을 운반할 수 있는 혈관 구조를 더해 인공조직을 재현한다. 바이오 잉크는 살아 있는 세포와 성장인자 등 생체에서 얻은 물질에 하이드로겔을 섞은 재료다.
3차원 인공조직을 유지하기 위해서는 합성된 조직에 골고루 산소를 공급해야 한다. 이를 위해 산소를 방출하는 생체 물질을 더하는 등 다양한 방법이 제시됐지만, 충분한 산소를 공급하기 어렵거나 과산화수소처럼 세포 독성을 띠는 활성 산소가 함께 나오는 등의 한계가 있었다.
장 교수팀은 광합성으로 스스로 산소를 생성하는 녹조류의 일종인 클라미도모나스 레인하티(Chlamydomonas reinhardtii)로 이런 한계를 극복하고자 했다. 이 녹조류를 식물의 세포막 성분인 셀룰로오스, 간에서 유래한 세포와 혼합해 바이오 잉크를 만들고 이것으로 혈관처럼 긴 관을 만들었다.
그 결과, 간세포는 녹조류가 광합성으로 만든 산소를 활용해 필요한 단백질을 얻으며 고밀도로 성장했다. 간세포가 호흡을 통해 내뿜는 이산화탄소는 녹조류가 광합성을 하는 재료로 재사용됐다. 이후 연구팀은 셀룰로오스 분해 효소를 처리해 셀룰로오스를 제거하고, 빈 공간에 사람의 혈관 세포를 채워 혈관망을 만듦으로써 간 인공조직을 완성했다.
장 교수는 “이번 연구는 (3D 바이오프린팅을 이용해) 식물세포와 사람 세포가 생리학적으로 공생할 수 있도록 결합한 최초의 사례”라며 “자연에서 흔히 보이는 공생 전략을 활용해 조직을 합성하는 기술력을 높일 수 있었다”고 말했다. doi: 10.1016/j.matt.2020.10.022
