3D프린팅으로 심장에 이어 혈관까지...대체 장기 시대 열린다

심장에 맞는 모세혈관
美 스탠퍼드대 연구팀
학술지 사이언스에 발표

[사진=미국 스탠퍼드대]

3차원(3D) 프린팅으로 찍어내는 인공심장 개발이 가속화하고 있는 가운데, 미국 연구팀이 혈관까지 3D프린팅으로 생산하는 기술을 개발했다. 인공심장 맞춤형 혈관을 생산하는 기술로 인공장기 상용화의 시대가 가까워지고 있다는 기대가 나온다.

앨리슨 마르스덴 미국 스탠퍼드대 소아과 겸 생명공학과 교수 연구팀은 12일(현지시간) 이 같은 연구결과를 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했다. 사이언스는 네이처와 세로가 함께 세계 3대 학술지로 평가된다.

장기 이식에 목말라하는 환자들이 넘쳐난다. 미국의 경우 약 10만명이 장기 이식 목록에 올라 있다. 장기 이식을 위해 기본 수년을 기다려야 하며 일부는 장기를 이식하지 못해 목숨을 잃곤 한다.

이식 후에도 문제가 발생할 가능성도 있다. 몸의 면역 반응으로 인해 장기 이식에 실패할 수 있다.

과학자들은 이런 문제점들을 해결하기 위해 환자의 세포를 사용해 맞춤형 인공장기를 제작하는 법을 연구 중이다. 심장과 신장, 간 등을 인공으로 만드는 기술을 개발 중이다.

연구팀은 혈관에 주목했다. 산소와 영양분을 장기에 공급하는 혈관의 기능상 인공장기 개발만큼 인공혈관을 개발하는 것이 중요해서다.

연구팀은 “3D프린팅으로 만든 인공장기가 제대로 기능하기 위해서는 혈관이 제 역할을 하는 것이 중요하다”며 “혈액을 제대로 공급하지 않고서는 인공장기 사용을 확대할 수 없다”고 말했다.

특히 인공심장에 걸맞는 혈관을 인공으로 만드는 것은 난제로 꼽힌다. 가로세로 mm(밀리미터) 정도 되는 조직에 2500개 가량의 모세혈관이 있을 정도로 구조가 복잡하기 때문이다.

연구팀은 혈관을 정밀하게 모사하는 기술을 개발하기 위해 인공지능(AI)을 도입했다. 실제 결관 구조를 밀접하게 모방하는 ‘혈관 나무’ 알고리즘을 구축했다.

연구팀은 “이전의 방법보다 약 200배 더 빠르게 3D프린팅으로 인공심장용 혈관을 찍어낼 수 있게 됐다”며 “복잡한 혈관 구조를 아주 정밀하게 생산한다”고 설명했다.

실제 500개의 가지가 있는 혈관 모델을 설계하고 3D프린팅으로 생산하는데도 성공했다. 연구팀은 “약 100만 개의 혈관이 포함된 구조도 생산이 가능하다”며 “생산한 인공혈관이 인공심장에 정상적으로 혈액과 영양분 등을 공급하는 것도 확인했다”고 밝혔다.

연구팀은 이번 연구가 인공심장과 인공혈관을 결합한 것에 의의가 있다고 설명했다. 연구팀은 “세포와 혈관 구조를 결합했다는 것은 인공장기 대체 시대의 도래가 가까워짐을 의미한다”고 강조했다.