지금까지의 3D는 잊어라, 대세는 3D 바이오 및 4D printing!
   

 

     

 

 

만약 체내에 직접 로봇을 넣어 암세포를 제거할 수 있다면?

 

세계를 놀라게 했던 3D 프린팅이 어느덧 상용화되어 제조업에서는 물론 사회 전반에 걸쳐 다양하게 이용되고 있는 가운데, 최근에는 4D 프린팅이 소개되어 큰 주목을 받고 있다.

 

2013년 4월 MIT 자가조립연구소 스카일러 티비츠 교수(Skylar Tibbits)가 ‘4D 프린팅의 출현(The emergence of 4D printing)’ 이라는 TED 강연을 통해 처음 소개한 이 개념은 3차원에 ‘시간’이라는 1차원을 더한 것으로서, 형상기억합금과 같은 스마트 재료를 3D 프린터로 출력하여 스스로 자가변형(selftransformation) 혹은 자가조립(self-assembly)하는 물체를 만들어내는 기술이다.

 

티비츠 교수는 이 강연에서 제조업의 단점을 막대한 노동력과 비용이라고 지적하면서 4D 프린팅이 향후 어떤 식으로 활용될 수 있을지를 설명했다. 예를 들어 일반적인 파이프가 지진에 의해 파괴된다면 그것을 들어내고 다시 새 파이프를 연결해야 한다. 그러나 만일 자가변형이 가능하다면 스스로 복구하기도 하고 형태를 변형하며 흐르는 물의 양을 조절할 수도 있다는 것이다. 또한 이 기술은 사람이 가기에는 매우 극단적인 환경의 장소일 경우 더욱 유용하게 쓰일 것이라고 주장하며 우주에서의 활용을 기대했다.

 

이 강연에서 티비츠 교수는 물에 넣으면 직선에서 정육면체로 형태를 바꾸는 물체를 화면으로 보여주며 지금까지 진행한 4D 프린팅의 결과물을 선보였다. 아직까지는 간단한 자가변형이나 자가조립만 가능하지만 미래에는 더욱 다양한 소재의 활용과 형태의 변형이 가능해질 전망이다. 이제 영화 트랜스포머에서처럼 변신하는 기계를 현실에서 마주할 날도 머지않은 것 같다.

 

3D 바이오 프린팅 기술은 세포 프린팅 혹은 인체 장기 프린팅으로도 불리어지고 있는 기술로서, 기본적인 원리는 3D 프린터와 유사하지만 세포, 생체 재료 및 바이오 분자를 이용하여 컴퓨터로 디자인된 3차원 구조물의 제작을 가능하게 하며, 살아있는 세포를 원하는 구조 및 패턴으로 배열하여 조직이나 장기를 제작하는 기술이다. 3D 바이오 프린팅 기술은 생체모방(Biomimicry), 소형조직(Mini tissues), 자율성 자기조립(Autonomous self-assembly)이라는 세 가지 주요한 특징을 갖는다.

 

3D 바이오 프린팅에 사용되는 소재는 자연유래 고분자(젤라틴, 키토산, 콜라겐, 셀룰로오스 등)와 합성 고분자(PLA, Poly lactic acid), PEG(Poly ethylene glycol), PVA(Poly vinyl alcohol) 등이다. 이 기술을 적용하기 위해서는 인쇄 가능성, 생체 적합성, 생분해성 및 부산물, 기계적 물성과 같은 소재의 특성을 고려해야 한다. 3D 바이오 프린팅 기술과 재생의학의 발전으로 인해 실제 인간의 장기를 프린터로 인쇄 혹은 생산되는 인공장기로 교체할 수 있을 것이다. 예를 들어, 인공 피부, 인공 간, 인공 심근, 인공 뼈, 인공 혈관, 인공 근육을 만드는데 3D 바이오 프린팅 기술을 이용할 수 있을 것이다.

 

위에서 설명한 4D 프린팅 기술과 3D 바이오 프린팅을 암 치료에 적용해 보는 것은 어떨까? 최근 의학계에는 혈류를 통해 이동할 수 있는 소형 로봇을 이용하여 혈관 내의 플라크를 제거하는 기술이 보고되었다. 이러한 로봇기술과 4D 프린팅 기술의 원리를 융합하여 암세포에서만 발현되는 이상 단백질을 공격할 수 있는 의료용 나노로봇을 개발해 새로운 치료법을 제시할 수도 있을 것이다.

 

의료계에서는 최근 3D 바이오 프린터를 이용한 다양한 연구를 진행하고 있다. 하지만, KU-MAGIC연구원에서는 아직 3D 바이오 프린팅 및 4D 프린팅 기술을 기반으로 한 연구 및 임상에 적용하는 연구는 많이 이루어지고 있지 않다. 따라서 3D 바이오 프린팅 기술을 임상에 사용하는 연구 및 과제를 꾸준히 수행해야 하고, 동시에 4D 프린팅을 적용하여 바이오 메디컬 분야의 다양한 기술을 융합한 원천 기술을 KU-MAGIC이 타 연구기관보다 우선적으로 확보하여 이 기술을 임상에 어떠한 방식으로 적용할 것인가에 대해 지속적으로 관심을 가지고 고찰하는 것이 요구된다 할 것이다.

 

사진 - http://www.selfassemblylab.net/4DPrinting.php, http://3dprint.com