심혈관을 치료하는 방법 중 하나는 심장이식 수술입니다. 심장이식 수술은 모든 심장수술 가운데 제일 어려운 수술입니다. 먼저 심장을 구하기 매우 힘듭니다. 심장이식은 자신의 심장을 떼어내고 다른 사람의 심장을 이식해야 합니다. 그래서 심장을 기증할 수 있는 뇌사자가 나타나야 이식이 가능하죠.
선천성 심장병이 있는 사람은 간혹 폐의 동맥에 심각한 문제가 발생하여 폐동맥 고혈압이 발생할 수 있습니다. 그래서 심장 이식을 받을 때 폐 이식도 같이 받아야 하는데요. 다른 사람의 폐와 심장을 이식하면 거부 반응이 발생할 가능성이 높습니다. 때문에 심장과 폐의 기능이 악화되고 환자가 사망할 수도 있습니다.
거부 반응을 예방하려면 스테로이드, 사이크로스포린과 같은 약물을 투여받습니다. 하지만 이마저도 면역 반응을 저하시켜 세균, 바이러스, 또는 곰팡이 등의 감염으로 심각한 합병증이 발생한다는 부작용이 있습니다. 심장이식 수술을 받으면 30일 이내에 100명 중 5명이 사망할 수 있으며 약 5년 후에는 100명 중 약 25명이 사망할 수 있다고 합니다.
심장을 포함한 장기이식 시 거부반응을 줄일 수 있는 방법은 환자와 유사한 특징을 가진 장기를 이식받는 것입니다. 환자가 이식받을 장기가 환자의 특징과 유사할수록 거부반응이 생길 확률이 줄어들죠.
<Wiley Online Library>에 게재된 논문에 따르면 환자와 동일한 세포를 가진 심장이 만들어졌다고 합니다. 이스라엘의 텔 아비브 대학의 연구진은 3D 프린팅을 이용하여 환자의 세포로 심장을 만들었다고 합니다.
3D 프린팅에 대하여
3D 프린팅은 '3차원 인쇄'라고도 부릅니다. 말 그대로 입체를 프린터로 인쇄하는 기술을 말하죠. 3D 프린팅은 파일을 얇은 조각으로 변환하고 플라스틱 분말을 이용하여 차곡차곡 쌓아가면서 3차원 모형으로 복구하는 과정을 통해 모형을 찍어냅니다.
3D 프린팅이 대중화에 이른다면 제조업 분야에 엄청난 영향을 줄 것입니다. 어떤 3차원 물체든 설계도면 파일만 있다면 언제 어디서든 3차원 모형을 만들 수 있기 때문이죠. 이는 제조업에 있어서 생산과 유통에 소요되는 복잡한 과정이 크게 단축되는 효과를 낳을 수 있습니다.
3D 프린팅은 다방면에서 활용이 될 수 있을 것이라고 합니다. 전자제품은 물론이고 생체조직까지 찍어낼 수 있다고 합니다.
심장, 어떻게 만들었나?
연구진은 환자의 세포와 생체재료를 이용해 심장을 만들었습니다. 연구팀은 환자의 지방조직을 추출해 세포와 생체재료를 분리했습니다. 생체재료로는 당단백질과 콜라겐 등이 있는데요. 연구진은 심장을 인쇄할 바이오 잉크를 만들기 위해 생체재료를 하이드로겔(Hydrogel) 형태로 가공했습니다.
연구진은 환자의 세포가 줄기세포가 되도록 재프로그래밍했습니다. 이어서 하이드로겔 형태로 가공한 생체재료와 줄기세포를 결합하여 바이오 잉크를 만들었습니다. 연구진은 완성한 바이오 잉크를 도입해 심장세포와 내피세포로 분화시켜서 환자 면역체계에 적합한 형태로 3D 프린팅을 했습니다.
연구진이 완성한 심장은 크기가 매우 작다고 합니다. 토끼 심장만한 크기라는군요. 연구진 중 한 명이자 탈 아비브 대학 생명과학부 교수 Tal Dvir는 "인간 심장만한 크기를 만들려면 더 많은 기술이 필요하다"고 말했습니다. 인간의 심장을 만들려면 수백만 개의 세포가 아닌 수십억 개의 세포가 필요하며 스스로 뛸 수 있는 펌프 능력을 훈련으로 형성시켜야 한다고 합니다.
하지만 최초로 3D 프린팅으로 심장을 만들었다는 점은 큰 의의를 둘 수 있습니다. 지금까지 3D 프린팅으로는 혈관이 없는 단순한 생체조직만 인쇄할 수 있었는데요. 심장을 완성한 것은 이번 실험이 처음이라고 합니다.
Dvir는 "환자의 면역, 세포, 생화학적 특성, 해부학적 특성과 완벽하게 일치하며 두꺼운 혈관 조직을 가진 심장을 만드는 방법을 3D 프린팅으로 접근시킬 수 있었다"며 이 실험의 의의를 보였습니다. 연구진은 심장에 펌프 능력을 넣기 위해 훈련을 한 후 추가 테스트를 하여 동물들에게 심장이식이 가능하도록 연구를 계속할 계획입니다.
##참고자료##
- 이종구 <심장병 알면 이길 수 있다>
- 한국과학교사모임 <시크릿 스페이스>
- 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts(2019).
