How to 3D print human tissue - Taneka Jones

번역: Jooyeon Kim 검토: Eunice Yunjung Nam

There are currently hundreds of thousands of people on transplant lists,

현재 장기이식 명단에 오른 수 십만의 사람들이

waiting for critical organs like kidneys, hearts, and livers

그들의 목숨을 살릴 수 있는 신장, 심장, 간 등과 같은

that could save their lives.

주요 장기를 기다리고 있습니다.

Unfortunately,

안타깝게도,

there aren’t nearly enough donor organs available to fill that demand.

기증 장기는 그 요구를 충족할 만큼 충분하지 않습니다.

What if instead of waiting,

만일 이렇게 기다리는 대신,

we could create brand-new, customized organs from scratch?

완전히 새롭고 개개인에 맞는 장기를 처음부터 만들 수 있다면 어떨까요?

That’s the idea behind bioprinting,

이것이 바로 바이오프린팅의 발상으로,

a branch of regenerative medicine currently under development.

현재 개발중인 재생의학의 한 분야입니다.

We’re not able to print complex organs just yet,

아직 복잡한 기관까지는 만들어 낼 수 없지만,

but simpler tissues including blood vessels and tubes

영양분과 노폐물을 교환하는 역할을 하는

responsible for nutrient and waste exchange

혈관이나 체내 관 등의 단순한 조직들을 만드는 것은

are already in our grasp.

이미 실현 가능합니다.

Bioprinting is a biological cousin of 3-D printing,

바이오프린팅은 3D 프린팅을 생물학적으로 응용한 것으로,

a technique that deposits layers of material on top of each other

재료를 한 번에 한 층씩 겹겹이 쌓아 올려

to construct a three-dimensional object one slice at a time.

3차원의 사물을 만들어 내는 기술입니다.

Instead of starting with metal, plastic, or ceramic,

금속, 플라스틱 또는 세라믹 대신

a 3-D printer for organs and tissues uses bioink:

장기와 조직을 만드는 3D 프린터는 바이오 잉크라는

a printable material that contains living cells.

살아있는 세포를 함유한 프린트 가능한 재질을 사용합니다.

The bulk of many bioinks are water-rich molecules called hydrogels.

대부분의 바이오 잉크는 하이드로겔이라는 물이 풍부한 분자입니다.

Mixed into those are millions of living cells

이를 수백만의 살아있는 세포와 결합시키는데

as well as various chemicals that encourage cells to communicate and grow.

세포들이 소통하고 성장하게 만드는 다양한 화학 물질도 포함시킵니다.

Some bioinks include a single type of cell,

어떤 바이오 잉크는 한 가지 종류의 세포만 함유하는 반면

while others combine several different kinds to produce more complex structures.

어떤 것들은 몇몇 다른 종류를 결합해 좀 더 복잡한 구조를 만들어 냅니다.

Let’s say you want to print a meniscus,

여러분이 반월판을 만들려고 한다고 가정해 보죠.

which is a piece of cartilage in the knee

이는 무릎의 연골 부위로

that keeps the shinbone and thighbone from grinding against each other.

정강이뼈와 대퇴골이 서로 갈리는 것을 막기 위해 존재합니다.

It’s made up of cells called chondrocytes,

이는 연골세포로 이루어져 있는데

and you’ll need a healthy supply of them for your bioink.

바이오 잉크를 만들려면 많은 양의 연골세포가 필요합니다.

These cells can come from donors whose cell lines are replicated in a lab.

이 세포들은 기증자에게서 얻은 세포계를 실험실에서 복제하거나

Or they might originate from a patient’s own tissue

환자 본인의 조직으로부터 가지고 와서

to create a personalized meniscus less likely to be rejected by their body.

몸이 거부반응을 일으키지 않을만한 맞춤형 반월판을 만들 수도 있습니다.

There are several printing techniques,

이를 제작하는 다양한 기술들이 있는데

and the most popular is extrusion-based bioprinting.

가장 유명한 것은 압출 기반 바이오프린팅입니다.

In this, bioink gets loaded into a printing chamber

이는 프린팅 챔버에 채운 바이오 잉크를

and pushed through a round nozzle attached to a printhead.

프린팅 헤드에 부착된 둥근 노즐을 통해 밀어내는 방법입니다.

It emerges from a nozzle that’s rarely wider than 400 microns in diameter,

잉크는 직경 400미크론도 되지 않는 노즐을 통해 압출되어

and can produce a continuous filament

연속 필라멘트를 만들어 낼 수 있는데

roughly the thickness of a human fingernail.

이는 대략 사람의 손가락 두께 정도입니다.

A computerized image or file guides the placement of the strands,

전산화된 이미지나 파일이 출력물의 위치를

either onto a flat surface or into a liquid bath

평평한 표면이나 액체 수조 안으로 지정해 주어

that’ll help hold the structure in place until it stabilizes.

안정화 될 때까지 제자리에서 구조를 유지할 수 있도록 도와줍니다.

These printers are fast, producing the meniscus in about half an hour,

이 프린터들은 빨라서 반월판을 30분만에 만들어 낼 수 있고

one thin strand at a time.

한 번에 한 개씩 만들 수 있습니다.

After printing, some bioinks will stiffen immediately;

프린트 후에 어떤 바이오잉크들은 그 즉시 굳어지기도 하고

others need UV light or an additional chemical or physical process

어떤 것들은 자외선이나 별도의 화학적 또는 물질적 과정을 거쳐야

to stabilize the structure.

구조를 안정화시킬 수 있습니다.

If the printing process is successful,

만약 프린트 과정이 성공적이라면

the cells in the synthetic tissue

인공 조직의 세포들이

will begin to behave the same way cells do in real tissue:

실제 조직의 세포들이 하는 방식 그대로 활동하기 시작할 것입니다.

signaling to each other, exchanging nutrients, and multiplying.

서로 신호를 보내고, 영양분을 교환하고 증식하는 등의 활동이죠.

We can already print relatively simple structures like this meniscus.

우리는 반월판처럼 비교적 단순한 구조물을 만들어낼 수 있습니다.

Bioprinted bladders have also been successfully implanted,

바이오프린트로 제작한 방광을 성공적으로 이식해 왔고

and printed tissue has promoted facial nerve regeneration in rats.

또 프린트한 조직으로 쥐의 안면 신경 재생을 촉진시키는 데 성공했습니다.

Researchers have created lung tissue, skin, and cartilage,

연구원들은 폐 조직, 피부, 연골 뿐만 아니라

as well as miniature, semi-functional versions of kidneys, livers, and hearts.

축소화 되고 약식 기능을 가진 신장, 간, 심장도 만들었습니다.

However, replicating the complex biochemical environment

하지만 주요 장기의 복잡한 생화학적 환경을 복제하는 것은

of a major organ is a steep challenge.

상당히 어려운 과제입니다.

Extrusion-based bioprinting may destroy

압출 기반의 바이오프린팅은

a significant percentage of cells in the ink if the nozzle is too small,

노즐이 너무 작거나 출력 압력이 너무 셀 경우

or if the printing pressure is too high.

상당수의 세포를 파괴할 수도 있습니다.

One of the most formidable challenges

가장 풀기 어려운 과제는

is how to supply oxygen and nutrients to all the cells in a full-size organ.

실제 크기의 장기의 모든 세포들에게 어떻게 산소와 영양을 공급하느냐입니다.

That’s why the greatest successes so far

그렇기 때문에 지금까지 가장 성공적인 결과물이

have been with structures that are flat or hollow—

평평하거나 속이 뚫린 구조물인 것이고

and why researchers are busy developing ways

연구원들이 혈관과 바이오프린팅 조직을 결합시키는 방법을 개발하기 위해

to incorporate blood vessels into bioprinted tissue.

열을 올리는 것입니다.

There’s tremendous potential to use bioprinting

바이오프린팅은 엄청난 가능성을 가지고 있어서

to save lives and advance our understanding

사람의 목숨을 살리고 또 우리의 장기가 우선적으로

of how our organs function in the first place.

어떻게 작동하는지에 대한 이해를 증진시켜 줄 수 있습니다.

And the technology opens up a dizzying array of possibilities,

이 기술은 무궁무진한 가능성의 길을 열어 줍니다.

such as printing tissues with embedded electronics.

전자 장치를 삽입한 바이오프린팅 조직을 예로 들 수 있죠.

Could we one day engineer organs that exceed current human capability,

언젠가 우리는 현재 인간의 능력을 능가하는 장기를 제작하거나

or give ourselves features like unburnable skin?

불에 타지 않는 피부 같은 것들을 만들게 될 수도 있을까요?

How long might we extend human life by printing and replacing our organs?

우리 장기를 프린팅 장기로 대체하면 수명을 얼마나 늘릴 수 있을까요?

And exactly who—and what—

그리고 정확히 누가 또 무엇이

will have access to this technology and its incredible output?

이 기술과 놀라운 결과물에 접근성을 갖게 될까요?