NASA inches closer to printing artificial organs in space

NASA, 우주에서 인공장기를 3D 프린트하다

연구원들은 3D 프린팅으로 인간의 간 조직을 만들어 국제우주정거장에서 조만간 테스트할 예정이다.

미국에서는 하루 최소 17명이 장기이식을 기다리다 죽는다. 장기 기증자를 기다릴 필요 없이, 직접 장기를 만들 수 있다면 어떨까?

지난 주, NASA가 인공 장기 연구 가속화를 위한 공모전인 혈관조직 챌린지(Vascular Tissue Challenge)를 개최한 지 6년 만에, 1, 2위 팀이 발표되었다. 챌린지에 참가한 팀은 30일 동안 견딜 수 있는 두껍고 혈관이 있는 인체 조직을 만들어야 했다.

웨이크포레스트 재생의학연구소(Wake Forest Institute for Regenerative Medicine)의 윈스턴(Winston)팀과 WFIRM팀은 각기 다른 3D 프린팅 기술을 사용하여 NASA의 모든 요구 사항을 충족하고 기능을 유지할 수 있는 실험실 배양 간 조직을 만들었다.

“조직과 혈관은 인체에서 두 가지 중요한 역할을 하기 때문에, 우리는 두 가지 다른 접근법을 택했다”고 WFIRM팀의 팀장 겸 연구소장인 앤소니 아탈라(Anthony Atala)는 주장한다.

두 가지 접근법은 혈관화(Vascularization)가 이루어지는 방식, 즉 체내에서 혈관이 형성되는 방식으로 구분된다. 한 가지 방법은 튜브 모양의 구조를 사용하는 것이고, 다른 방법은 스폰지 모양의 조직 구조를 사용하는 것이다. 이를 통해 세포에 영양분을 공급하고 노폐물을 제거하는 것이다. 아탈라의 주장에 따르면, 이 챌린지는 최고 수준의 생명공학을 필요로 한다. 인체에서 가장 큰 내부 기관인 간은 다양한 기능을 수행하며, 복제하기가 가장 까다로운 조직 중 하나이기 때문이다. 

3D printed tissue
NASA의 혈관조직 챌린지에서 윈스턴팀이 만든 간 조직
웨이크포레스트 재생의학연구소

“6년 전 혈관조직 챌린지가 처음 시작하기 전부터 우리는 이 문제를 해결하려고 노력해왔다”고 아탈라는 말한다.

재생의학 분야를 발전시키고 이식이 필요한 사람들을 위해 인공 장기를 더 쉽게 만드는 데 있어서 이 프로젝트는 중요하다. 

예일대 마취 및 생체의공학(Biomedical Engineering) 교수인 로라 니클라슨(Laura Niklason)은 조직공학(Tissue Engineering) 개념이 나온 지 20여년이 흘렀다고 말한다. 그러나 우주 기반 실험에 대한 관심이 점점 더 증가하면서, 이 분야는 변하기 시작하고 있다. 특히 세계적으로 민간 및 상업 우주여행이 관심을 모으면서, 저중력이 생물학적으로 미치는 영향을 이해하는 것은 점점 더 중요해질 것이다. 조직공학은 이 분야를 이해하는 데에도 유용하다.

이 챌린지에서 참가 팀들은 조직공학에서 가장 큰 장벽 중 하나를 극복해야 한다. “장기를 오랜 기간 동안 버티게 하고 기능을 유지하도록 하는 것은 정말 어려운 문제이다”라고 멜버른대의 생체의공학 책임자이자 이 프로젝트를 주관한 안드레아 오코너(Andrea O’Connor)는 말한다. 

1위를 차지한 윈스턴팀은 30만 달러의 상금을 받는다. 또한 장기 연구가 이미 진행된 적이 있는 국제우주정거장에서 실제 연구할 기회를 얻게 될 예정이다. 

우주비행사 크리스티나 코치(Christina Koch)는 2019년 미국 인디애나주 그린빌 소재 항공우주 연구기업 테크샷(Techshot)이 만든 바이오 가공시설(BioFabrication Facility, BFF)을 가동해 장기 조직을 미소중력(Microgravity) 상태에서 프린팅했다.

테크샷의 수석 과학자 유진 볼랜드(Eugene Boland)는 이 연구 프로젝트의 목표가 NASA의 혈관조직 챌린지와 비슷하다고 말한다. 연구 목표는 3D 프린터로 간 조직을 만드는 대신, 향후 10년 이내에 이식가능한 심장 조직을 제작하는 것이다. 

지구에서 장기 및 조직을 프린트 하는 것과 우주에서 프린트 하는 것의 차이점은 무엇일까? 볼랜드는 유아용 점토(Play-Doh)를 사용한 프린트 방법을 꿀을 사용한 프린트 방법에 비유함으로써 기술의 차이를 설명했다. 

올해 바이오 가공시설이 업그레이드될 예정이다. 테크샷의 기업 선진화 담당 부사장인 리치 볼링(Rich Boling)은 이 시설이 업그레이드 되면, 잠재적인 인명 구조 기술을 우주와 지구에서 상용화하는 데 도움이 될 수 있다고 주장한다. 앞으로 몇 개월 내에, 바이오 가공시설은 지상에서 사용하는 것과 같은 종류의 뭉툭한 바늘로 프린트할 수 있는 기능이 추가될 것으로 보인다.

“이런 연구는 대부분 항상 지구로부터, 지구를 위해서(Off the Earth, For the Earth)라는 목적으로 진행되었다. 우리는 장기기증자가 부족할 경우에 대비해서 이런 연구를 하고 있다”고 볼링은 주장했다.

테크샷은 또한 언젠가 질병과 선천적인 결함을 치료하기 위해 인공 조직과 장기를 사용하는 것을 상상하기도 한다.

인공 장기와 인체 조직은 미래의 우주 임무에 필요한 자원이다. 테크샷은 조만간 NASA의 딥스페이스 푸드챌린지(Deep Space Food Challenge)에 참가할 계획인데, 이 푸드챌린지는 장기 유인 탐사를 위해 지속 가능한 음식 옵션을 개발하는 것이 목표이다. 테크샷은 생체의공학에서 사용되는 것과 동일한 3D 프린팅 기술이 식품 재료 생산에도 유용할 수 있다고 생각한다.

비록 우주비행사들이 인공 조직을 서로 이식하거나 좋아하는 생체공학 버거를 실제로 먹게 되기까지는 시간이 걸리겠지만, 3D 바이오 프린팅(Bioprinting)이 이같은 새로운 가능성을 열 전망이다. 

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