[미리보는 '금요일에 과학터치'] 미래에는 인공장기가 어떻게 만들어질까요

조직공학의 개념도. 포스텍 기계공학과 지능생산시스템연구실 제공

14살 A군은 어느 날 소변의 색깔이 약간 붉은 색을 띄더니 며칠 후에는 안색까지 창백해졌다. 병원 진료 결과 신장 기능에 문제가 생겨 앞으로는 신장 투석기 없이 살 수가 없다고 했다. 신장 이식 대기자 명단에 이름을 올린 지 5년이 지났지만 아직까지 소식이 없다. 그동안 생명 유지에 많은 돈이 들어갔으며, 앞으로도 얼마나 들어갈지 막막한 상황이다.

이러한 불행들은 일부 운이 좋지 않은 사람들에게만 나타나는 현상이 아니다. 어떤 사람이든 예고 없이 사고를 당하거나 언젠가 늙고 병들어 제 역할을 하지 못하는 때가 찾아온다. 이는 자신뿐만 아니라 가족들에게 큰 고통과 시련이 되기도 한다.

미래에는 이러한 문제가 전 세계적으로 가장 큰 사회적, 경제적 문제가 될 전망이다. 다수 국가들이 고령화 사회로 접어들고 있는 가운데 많은 노인들이 경제활동에 참여하긴 하지만 일의 효율성이 떨어질 뿐 아니라 사회적'경제적 불구가 된 환자나 노인들을 위한 복지 예산의 비중이 높아져 경제적으로 많은 어려움을 겪게 된다.

조직공학은 자신의 세포를 이용해 기능이 상실된 조직이나 장기를 새롭게 재생시켜 부작용 없이 기능을 완벽히 복원하는 것을 목표로 하는 학문이다. 이러한 목표가 완전히 실현이 된다면 대부분의 사람들이 궁극적으로 소망하는, 늙어서도 건강하게 사는 것이 가능해질 것이다. 노인들이나 환자들은 경제활동으로 복귀가 가능해져 고령화 사회에서 유발될 수 있는 문제가 상당수 해결될 것으로 보인다.

조직공학은 손상된 조직과 장기의 재생이 최종 목표다. 1987년 미국 국가과학재단(NSF'National Science Foundation)에 의해 개념이 정립됐다. 현재는 기도와 방광, 그리고 세포판 분리기술을 활용한 심근 등 조직공학에 의해 인공적으로 재생된 조직이 임상에 적용되는 단계에까지 이르고 있다.

그러나 전 세계적으로 다양한 조직의 재생이 연구되고 있음에도 대부분 비교적 두께가 얇고 단순한 구조와 기능을 가지는 조직'장기의 재생만 성공했다. 조직공학의 최종 목표라고 할 수 있는 '복잡한 기능 수행이 가능한 장기 재생'은 오랫동안 지체되고 있다.

조직공학의 주요 3요소는 ▷손상된 부위가 물리적으로 정상 기능을 수행할 수 있도록 유지함과 동시에 재생될 조직의 골격이 되는 바이오 인공지지체(스캐폴드) ▷손상된 조직을 재생시키기 위한 세포 ▷조직 재생을 촉진할 수 있는 단백질(성장인자)다. 현재 조직공학이 처한 한계를 극복하기 위해서는 세포의 원활한 증착'증식'분화 유도를 위한 물리 화학적 환경, 조직의 특징에 따른 세포의 종류와 세포간의 구성 모사, 재생하고자 하는 조직 내부로의 물질 전달 등의 조건을 모두 만족시킬 수 있도록 조직공학의 3요소를 꿰뚫는 획기적인 방법이 절실히 필요하다.

세포 프린팅 기술은 조직공학의 3요소를 완벽히 만족시킬 수 있는 혁신적인 기술로 평가되고 있다. 세포 프린팅 기술이란 살아있는 세포를 젤(Gel)에 봉입한 후 잉크젯 프린팅 기술을 적용해 원하는 형상으로 젤을 패턴화함으로써 조직'장기를 프린팅하는 기술이다. 이 때 패턴화된 세포들은 시간이 지남에 따라 그들 스스로 상호작용을 통해 융합하고 조직을 형성한다.

이 기술로 전조직체를 제작, 실제 생체 환경과 유사하게 재현된 환경에서 배양함으로써 정상적인 기능을 수행할 수 있는 조직·장기를 구현할 수 있을 것이다.