피부 바이오프린팅 기술, 동물 실험 종식시키고 피부 이식 개선하나

September 7, 2020

Rina Diane Caballar - KR

bioprinting skin Innovation Labs Piyush Padmanabhan demonstrates Trivima 3d bioprinter

코로나19(COVID-19) 글로벌 팬데믹에 맞서기 위해 3D 프린팅이 그 중심에 서 있다. 제조사들은 최전선에서 일하는 직업군의 전문가에게 제공할 테스트 키트 면봉, 산소호흡기 밸브, 안면 보호대 등 의료 장비 및 개인보호장비(PPE)를 신속하고 저렴하게 준비하려고 3D 프린팅에서 그 활로를 모색해왔다.

인도에 있는 스타트업 ‘넥스트 빅 이노베인션 랩스(Next Big Innovation Labs, NBIL)’는 인간의 피부를 바이오프린팅(Bioprinting) 하는 기술을 사용하면서 3D 프린팅을 진일보 시키고 있다. 바이오프린팅은 세포와 같은 생물학적 물질을 사용하여 바이오프린터에 탑재되는 바이오잉크를 만든다.

인체에서 가장 큰 장기인 피부는 해로운 박테리아와 맞닥뜨리는 첫 방어선이다. 피부를 통해 인간은 체온을 조절하고 촉감을 느낀다. 또 피부는 여러 층으로 쌓이는 3D 프린팅 프로세스에 적합하다.

NBIL은 적층 제조, 합성 생물학, 재료 과학 및 전산 설계 분야의 전문성을 바탕으로 10억 인구의 인도를 보다 긍정적으로 변화시키려는 목표를 가지고 있다.

NBIL의 공동 창립자인 알록 메디케푸라 아닐(Alok Medikepura Anil)은 “우리는 인간의 피부 복제를 목표로 하고 있어, 피부의 생물학적 작동 원리 뿐만 아니라 물리적 구성 원리도 이해해야 한다”고 말했다. 아닐 창립자는 자동차 및 항공 우주 산업에서 3D 프린팅 전문가로 일한 뒤, 더 큰 영향력을 주는 일을 찾아 생명 공학으로 전환했다.

3d bioprinting skin innoskin — NBIL에서 인간 피부를 3D 바이오프린팅한 이노스킨(Innoskin)은 독점적인 생체 재료와 프로세스로 만들어졌다. 이미지: NBIL.

NBIL은 이노스킨(Innoskin)이라고 하는 인간 피부를 만들기 위해 3단계 프로세스를 확립했다. 이 팀은 바이오프린팅 사전 단계로 알려진 첫 번째 단계에서는 피부 조직 샘플에서 피부 세포를 추출하여 세포 은행에 저장한다. 그런 다음 이 세포들을 회사의 독자적인 바이오잉크 제형과 혼합하여 바이오프린팅을 수행하기 위해 바이오프린터로 보낸다.

아닐 창립자는 “바이오프린팅 단계에서는 특정 크기, 모양 및 치수에 따른 3차원 구조를 프린팅한다”며, “이 구조가 만들어지면 내부에 셀을 내장하게 된다”라고 설명했다.

최종적으로 바이오프린팅 후기 단계에서 세포 구조는 성장하기 적합한 인큐베이터로 옮겨져 37°C의 온도와 95%의 산소(보통 혈액 수준과 유사)로 구성된 인체 내부처럼 성장한다. 14일 후에 세포는 피부 조직으로 자라서 표피와 4개의 하위층을 형성한다.

NBIL은 자체 바이오프린터인 트리비마(Trivima)의 무게를 줄이기 위해 제너레이티브 디자인(Generative design)을 적용했다. 아닐은 “이것은 가능한 한 미크론 수준까지 기계를 최대한 제어하는 데 있어 중요하다”라고 설명했다.

이 팀은 또한 오토데스크 Eagle(이글)을 사용하여 트리비마의 인쇄 회로 기판을 사용자 맞춤화하고, Fusion 360(퓨전 360)을 사용하여 바이오프린터의 판금 구성 요소를 설계했다. 아닐은 “견고함이 중요하다”라며, “기계 내에서 약간의 움직임만으로도 인쇄 품질이 변경될 수 있으므로 판금을 선택했다”라고 강조했다.

NBIL은 현재 이노스킨을 평가하고 있다. 또 바이오프린팅된 피부 물질을 실제 사람의 피부와 비교하고 피부 외층에 있어 모방의 유사성 정도를 테스트한다. 회사는 올해 이노스킨을 출시할 예정이다.

3d bioprinting skin Trivima 3D printer — NBIL의 트리비마 3D 프린터는 바이오 잉크, 합성 폴리머, 바이오프린팅한 스킨 및 기타 재료의 제조 테스트를 거쳤다. 이미지: NBIL.

실험실에서 배양한 피부는 활발한 연구 분야로 특히 많은 산업 분야에서는 동물 실험에서 벗어나, 보다 윤리적인 솔루션으로 전환하고 있다. 예를 들어, 맷테크(MatTek)의 에피덤(EpiDerm)과 로레알의 에피스킨(EpiSkin)은 둘 다 페트리 접시에서 재배되는데, 이들은 출시 전에 화학, 화장품, 가정 및 제약 제품을 테스트하는 데 사용된다.

그러나 실험실 배양 피부와 이노스킨의 차별성은 경제성, 일관성 그리고 확장성에 있다. 아닐 창립자는 “배양은 배치 간의 효율성을 제공하지 않으므로 각 배치마다 사람이 실수로 변형이 발생할 수 있다”라고 말했다. 그는 이어 “3D로 바이오프린팅한 피부를 사용하면 피부 모델을 양산하는 바이오프린터가 있어 배치 간 편차를 줄일 수 있다. 이는 테스트상 표준화된 모델을 모색하는 산업에 큰 이점이 될 수 있고, 또한 생산 규모를 확장하고 비용을 낮출 수도 있다”고 말했다.

NBIL은 동물 실험의 대체제 제조 외에도, 부상 치료를 목적으로 하는 피부 이식 등 임상 부문의 사용 사례를 위해 이노스킨을 의료 부문에도 도입하고자 한다. 아닐은 “우리는 화상 치료를 위해 피부 이식이 필요한 환자의 요구를 충족시키기 위해 노력하고 있다”라고 말하며, “바이오프린팅을 통해 실험실에서 피부 제조 시 각자의 피부 세포를 사용하여 환자용 맞춤 피부를 만들 수 있다”고 밝혔다.