3D 바이오 프린터, 인체 피부 생산, 이식가능

3D 바이오 프린터

오늘은 미래의 주목받는 산업중 하나이 3D 바이오 프린터에 대해서 살펴볼까 합니다. 3D 프린팅은 다양한 분야에서 응용되고 있는 신기술입니다. 예를 들어, 의학 분야에서는 전 세계 여러 그룹이 3D 프린팅을 사용하여 인체의 복잡한 조직과 장기를 성장시키는 방법을 모색하고 있습니다. 한 그룹은 인간의 귀를 성공적으로 만들었고 다른 그룹은 3D 프린팅 뼈 조직을 연구하고 있습니다. 스페인의 연구원들은 환자에게 이식하거나 약물 및 화장품을 테스트하기에 적합한 인간 피부를 생성 할 수 있는 3D 바이오 프린터를 개발했다고 보고했습니다.

스페인의 연구원들은 환자에게 이식하기에 적합한 피부를 생성하는 3D 바이오 프린터를 개발했습니다. 현재 유럽 승인을 받고 있습니다. 스페인의 Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) 그룹을 포함한 팀은 Biofabrication 저널에 획기적인 발전을 설명합니다.

 

 

3D 프린팅으로 인체 부품을 만드는 데 따르는 과제 중 하나는 구조의 복잡성을 복제 할뿐만 아니라 생체 이식에서 살아남는 것입니다. 스페인의 연구자들은 이미 많은 환자의 화상 및 기타 상처를 치료하는 데 성공적으로 사용된 플라즈마 기반의 2층 피부를 엔지니어링했습니다. 이 방법을 사용하면 광범위한 화상이나 큰 상처를 덮는 데 필요한 양의 피부를 생성하는 데 3주가 걸릴 수 있습니다. 다른 단점은 대부분의 프로세스가 수동으로 수행된다는 것입니다.

 

35분 안에 넓은 면적의 피부 인쇄

새로운 연구에서 저자들은 섬유소 겔화에 필요한 30 분을 포함하여 35 분 이내에 개발한 3D 바이오 프린팅 방법이 어떻게 넓은(100 x 100cm) 피부 영역을 생성했는지 설명합니다. 일반적으로 인쇄와 관련된 컬러 잉크 카트리지 대신 3D 바이오 프린터는 생물학적 구성 요소를 사용합니다. 전문가들은 이러한 바이오 잉크가 인간 조직과 장기의 성공적인 3D 프린팅의 핵심이라고 말합니다.

기존의 플라스마 기반 수동 방법과 마찬가지로 스페인 팀이 개발한 피부 인쇄 기술은 표피와 진피의 두 가지 피부 층을 생성합니다. 각질층(각질화된 세포를 포함하는 최외각 보호층)을 포함한 표피를 인쇄합니다. 그런 다음 콜라겐(피부에 힘과 탄력을 주는 단백질)을 만드는 섬유아세포로 완성된 더 깊고 두꺼운 진피를 인쇄합니다.

생물학적 구성 요소를 혼합하는 방법, 세포가 악화되지 않도록 어떤 조건에서 작동해야하는지, 제품을 올바르게 증착하는 방법을 아는 것이 시스템에 중요하다고 합니다. 컴퓨터는 바이오 프린팅 프로세스를 제어하여 바이오 잉크를 프린트 베드에 정확하게 증착하여 피부를 만듭니다.

 

‘수작업으로 만든 이중층 피부와 구별 할 수 없음’

연구진은 면역결핍 생쥐에 이식 한 후 두 가지 유형의 테스트를 수행했습니다.

하나는 시험관에서,
다른 하나는 살아있는 동물에서 장기적인 영향을 테스트하기 위해 테스트했습니다.

결과는 다음과 같습니다.

두 경우 모두 생성된 피부는 사람의 피부와 매우 유사했으며, 또한 우리 실험실에서 수작업으로 만든 이중층 피부 표피 등가물과 구별 할 수 없었습니다.

팀은 새로운 기술에 대한 두 가지 응용 프로그램을 보고있습니다.

하나는 화장품과 약품의 연구 및 실험실 테스트를 위해 대규모의 세포 재고로부터 비인간적 피부를 생산하는 것입니다. 다른 하나는 화상 및 기타 상처를 치료하기 위해 개별 환자의 세포를 사용하여 개인별 피부를 생성하는 것입니다.

3D 바이오 프린터는 인간의 성분만을 사용하여 자체 인간 콜라겐을 만드는 활성 피부를 생성합니다. 연구진은 다른 방법과 달리 동물성 콜라겐을 사용하지 않는다는 점에 주목합니다. 연구에 사용된 바이오 잉크는 마드리드의 에너지, 환경 및 기술 연구 센터 (CIEMAT)에서 특허를 받았습니다. 그들은 기술을 상용화하고 있는 스페인의 민간 생명 공학 회사인 BioDan Group에 라이센스가 부여되었습니다. CIEMAT와 BioDan은 이 연구에 협력했습니다.

이 바이오 프린팅 방법을 사용하면 표준화되고 자동화된 방식으로 피부를 생성 할 수 있으며, 프로세스는 수동 생산보다 비용이 저렴합니다. 3D 바이오 프린터는 다양한 유럽 규제기관의 승인을 위해 제출되었습니다. 인쇄된 피부가 화상 및 기타 피부 질환이 있는 환자에게 이식하기에 적합한 지 확인하려면 승인이 필요합니다.

 

 

이 팀은 또한 새로운 기술을 사용하여 다른 인체 조직을 인쇄하는 방법을 모색하고 있습니다. UC3M의 다음 비디오 (영어 자막과 함께 스페인어)는 새로운 3D 바이오 프린터를 보여줍니다. 외과의가 3D 프린팅을 사용하여 사고 피해자의 얼굴을 재구성 한 방법을 알아보십시오.

 

[Mov] Spanish scientists create a 3D bioprinter of human skin

 

3D 바이오프린팅

살아있는 세포, 영양분 등 유기물과 생물학적 물질을 결합해 자연 인체 조직을 모방한 인공 구조물을 만드는 적층 제조 공정입니다. 즉, 바이오프린팅은 조직 공학, 약물 테스트 및 개발을 포함한 다양한 의료 응용 분야를 위해 뼈 조직과 혈관부터 생체 조직에 이르기까지 모든 것을 잠재적으로 생산할 수 있는 3D 프린팅 의 한 유형입니다.

아마도 3D 바이오프린팅의 가장 중요한 동인은 재생의학일 것입니다. 여기에는 정상적인 기능을 복원하거나 설정하기 위해 인간 세포, 조직 또는 기관을 교체하거나 재생하는 것이 포함됩니다. 여기서 바이오프린팅은 특히 전 세계적으로 장기 및 조직 이식에 대한 높은 수요를 고려할 때 중심적인 역할을 할 수 있습니다. 하지만 아직 환자에게 사용할 준비가 된 3D 바이오프린팅 응용 프로그램이 거의 없다는 점에 주목할 가치가 있습니다. 미래가 매우 유망해 보이지만 아직은 새로운 간이나 심장이 생산될 것이라는 기대를 높이면 안 됩니다.

 

주요 응용

2016년에 개발된 3D 바이오프린팅된 살아있는 귀 바이오프린팅 기술로 얻은 제품은 우리 몸의 자연 발생 구조와 조직의 생물학적 및 기능적 특성을 모두 모방할 수 있습니다. 이는 잠재적으로 다양한 종류의 응용 분야로 이어질 수 있지만 오늘날 바이오프린팅에 대한 실행 가능한 용도는 의약품 테스트 및 연구뿐입니다.

3D 바이오프린팅의 궁극적인 목표는 이식용 인공 장기를 생산하는 것이지만, 이를 실제 장기로 기능하게 만드는 데에는 엄청난 복잡성이 따릅니다. 그러나 오늘날 과학자들은 자연적인 구조와 조직을 모방하는 생물학적 구조와 조직을 성공적으로 만들 수 있습니다.

따라서 연구자들은 완전히 기능하는 신장을 바이오프린팅하는 대신 화학적으로 신장 조직처럼 행동하는 구조를 이미 만들 수 있습니다. 원래 목표와는 거리가 멀지만 이러한 구조는 예상치 못한 부작용으로 고통받을 수 있는 실제 환자에게 의존하지 않고도 신약을 테스트하는 데 사용될 수 있습니다.

윤리적인 부분 외에도, 생체 인쇄 재료를 사용한 약물 개발은 신약의 전임상 시험을 훨씬 더 비용 효과적으로 만들어 유효성을 검증하고 시장에 더 빨리 도달하는 동시에 잠재적으로 동물 실험의 필요성을 줄일 수 있습니다.

 

미래의 응용

그러나 3D 바이오프린팅은 재생의학 도구로 시작되었습니다. 이식용 인공 장기의 생산은 제작된 장기가 환자 자신의 유기 물질을 사용하여 개발된다는 점을 고려할 때 높은 수요와 낮은 가용성 문제는 물론 장기 거부와 관련된 수술 후 합병증을 해결할 것입니다.

장기 교체가 궁극적인 목표인 반면, 조직 복구는 매우 유망한 결과를 보여왔습니다. 전체 기능 기관을 만드는 대신 작은 조직 패치를 사용하여 간 이나 심장과 같은 기관을 재생하고 치료할 수 있습니다. 뼈와 피부 이식도 재건 및 미적 목적을 위한 수술을 포함하여 이 기술의 이점을 누릴 수 있습니다. 재생 의학과 관련된 이러한 응용 프로그램은 모두 아직 개발 중이며 토론토 대학의 화상 부상 피부 인쇄 프로젝트 와 같은 연구 실험실 및 동물에서의 성공적인 사례는 소수에 불과합니다.