바이오프린팅, 인공장기·피부재생 등 재생의료 상용화 앞당긴다

바이오프린팅은 재생의료, 약물 개발, 인공육 개발 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 미래 의료의 핵심 기술로 주목받고 있다. 미국 국립보건원(NIH)은 바이오프린팅 연구 개발을 위한 10년 계획을 발표하고, 100억 달러 규모의 투자 계획을 발표하는 등 전 세계적으로 바이오프린팅 분야 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.

바이오프린팅이란?

바이오프린팅은 3D 프린팅 기술을 사용하여 세포, 조직, 장기 등을 인체와 유사한 구조로 만드는 기술이다. 3D 프린팅 기술은 일반적으로 금속, 플라스틱, 나일론과 같은 재료를 사용하여 물체를 만드는 데 사용되지만, 바이오프린팅에서는 세포, 성장인자, 생체 재료 등을 사용하여 생체 조직을 만드는 데 사용된다.

바이오프린팅은 재생의료, 약물 개발, 인공육 개발 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 미래 의료의 핵심 기술로 주목받고 있다.

바이오프린팅의 종류

바이오프린팅은 다양한 방식으로 구분할 수 있다. 일반적으로 사용되는 분류는 다음과 같다.

분사 방식 : 액체 상태의 바이오잉크를 분사하여 프린팅하는 방식이다.
적층 방식 : 고체 상태의 바이오잉크를 층층이 적층하여 프린팅하는 방식이다.
레이저 방식 : 레이저를 사용하여 바이오잉크를 응고시켜 프린팅하는 방식이다.

바이오프린팅의 응용 분야

재생의료

손상된 조직이나 장기를 대체하기 위해 바이오프린팅을 활용한다. 예를 들어, 인공심장, 인공귀, 인공피부 등을 바이오프린팅으로 만들 수 있다.

약물 개발

신약 개발 과정에서 바이오프린팅을 활용하여 약물의 효능과 안전성을 평가한다. 예를 들어, 특정 질환을 유발하는 세포를 바이오프린팅으로 만들고, 신약을 투여하여 약물의 효능을 확인할 수 있다.

인공육 개발

동물의 고기를 대체하는 인공육을 바이오프린팅으로 만든다. 예를 들어, 닭고기, 소고기, 돼지고기 등의 인공육을 바이오프린팅으로 만들 수 있다.

미래 의료부문 핵심기술로 주목받는 이유

환자 맞춤형 치료의 실현

바이오프린팅은 환자의 세포나 조직을 사용하여 인공 장기나 조직을 제작할 수 있기 때문에, 기존의 이종 장기 이식과 달리 면역 거부 반응을 최소화할 수 있다. 또한, 환자의 개별적인 필요에 맞는 맞춤형 치료를 가능하게 한.

재생의료의 발전

바이오프린팅은 손상된 조직이나 장기를 재생시키는 데 활용될 수 있다. 예를 들어, 인공심장, 인공귀, 인공피부 등의 인공 장기를 바이오프린팅으로 제작하여, 심장 질환, 청각 장애, 피부 질환 등의 치료에 활용할 수 있다.

바이오프린팅, 임상 적용 넘어야 할 한계

임상에 최적화된 바이오잉크의 부재

바이오프린팅에 사용되는 바이오잉크는 세포, 생체 고분자, 물질 등으로 구성된다. 현재 사용되는 바이오잉크는 세포의 생존율, 조직의 구조적 안정성, 인체 내 거부 반응 등의 문제점이 있어 임상에 적용하기에는 한계가 있다.

바이오프린팅된 조직과 혈관의 연결 문제

인체 내에서 조직이 제대로 기능하기 위해서는 혈관과 연결되어야 한다. 그러나 바이오프린팅된 조직은 혈관이 부족하거나 제대로 연결되지 않아 생존하기 어렵다.

공간적, 시간적 제한

바이오프린팅은 장기 구조물을 프린팅하기까지 오랜 시간이 걸리고, 이 과정에서 세포의 생존율이 감소할 수 있다. 또한, 바이오프린팅을 위한 공간적 제한도 있다.

이러한 한계들을 극복하기 위해 전 세계적으로 다양한 연구가 진행되고 있다. 바이오잉크의 개발, 바이오프린팅된 조직과 혈관의 연결 기술, 바이오프린팅의 효율성 향상 등이 주요 연구 분야이다.

나라별 연구 개발 현황

바이오프린팅 분야에서 가장 앞서 있는 나라는 미국이다. 미국은 바이오프린팅 관련 연구 개발에 많은 투자를 하고 있으며, 관련 기업들이 활발하게 활동하고 있다. 미국 국립보건원(NIH)은 바이오프린팅 연구 개발을 위한 10년 계획을 발표하고, 100억 달러 규모의 투자 계획을 발표했다. 또한, 미국의 대표적인 바이오프린팅 기업인 Organovo는 인공 간, 인공 심장, 인공 피부 등을 개발하여 임상 시험을 진행하고 있다.

미국에 이어 유럽, 일본, 중국 등이 바이오프린팅 분야에서 활발한 연구 개발을 진행하고 있다. 유럽은 EU 차원에서 바이오프린팅 연구 개발을 위한 10년 계획을 발표하고, 10억 유로 규모의 투자 계획을 발표했다. 일본은 바이오프린팅 관련 연구 개발에 10년간 1조 엔을 투자할 계획을 발표했다. 중국은 바이오프린팅을 미래 핵심 기술로 선정하고, 바이오프린팅 관련 연구 개발을 집중적으로 육성하고 있다.

글로벌 기업들 연구 개발 활발

바이오프린팅 분야에서 활발한 연구 개발을 진행하고 있는 기업으로는 미국의 Organovo, 미국의 3D Systems, 미국의 Regen BioMedics, 스위스의 Cellink, 중국의 Sinogene 등이 있다.

Organovo는 인공 간, 인공 심장, 인공 피부 등을 개발하여 임상 시험을 진행하고 있다. 3D Systems는 3D 프린팅 분야의 선두 기업으로, 바이오프린팅 분야에서도 다양한 기술을 개발하고 있다. Regen BioMedics는 인공 뼈, 인공 연골 등을 개발하여 임상 시험을 진행하고 있다. Cellink은 바이오잉크와 바이오프린팅 장비를 개발하는 기업으로, 다양한 바이오프린팅 기술을 제공하고 있다. Sinogene는 중국의 바이오프린팅 기업으로, 인공 피부, 인공 뼈 등을 개발하고 있다.

한국의 바이오프린팅 분야 현황

한국은 바이오프린팅 분야에서 빠른 성장을 보이고 있다. 정부는 바이오프린팅을 미래 핵심 기술로 선정하고, 바이오프린팅 관련 연구 개발을 집중적으로 육성하고 있다.

정부 지원

한국 정부는 바이오프린팅 분야 연구 개발을 위해 다양한 지원 정책을 시행하고 있다. 2023년에는 바이오프린팅 연구 개발을 위한 총 2,500억 원의 예산을 투입했다. 또한, 바이오프린팅 분야 전문 연구 인력 양성, 바이오프린팅 관련 기업 지원 등을 위한 정책을 시행하고 있다.

연구 개발 현황

한국은 바이오프린팅 분야에서 다양한 연구 개발이 진행되고 있다. 재생의료, 약물 개발, 인공육 개발 등 다양한 분야에서 연구 개발이 이루어지고 있다.

재생의료 분야에서는 인공 피부, 인공 뼈, 인공 연골 등의 개발이 활발히 진행되고 있다. 2023년에는 인공 피부를 이용한 화상 환자 치료 임상 시험이 진행되었다.

약물 개발 분야에서는 약물의 효능과 안전성을 평가하기 위한 바이오프린팅 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. 2023년에는 특정 질환을 유발하는 세포를 바이오프린팅으로 제작하여, 신약 개발에 활용하는 연구가 발표되었다.

인공육 개발 분야에서는 배양육을 이용한 인공육 개발이 활발히 진행되고 있다. 2023년에는 국내 기업이 배양육을 이용한 햄버거를 출시했다.