바이오 장기 프린팅의 기술적 한계


장기 프린팅은 세포와 세포가 포함된 생체 기구가 모이고, 결국 3차원적으로 기능을 하는 장기가 되는 것으로 컴퓨터의 도움을 받은 하나의 프로세스이다. 이는 다양한 세포들이 정확한 곳에 자리 잡고 자연적으로 기능을 할 수 있는 살아있는 장기를 대량 생산할 수 있는 자동화된 방법을 제시해준다. 완성도 있는 기능을 하는 장기로 발전시키기 위해서는 다음 세 가지 생체제조 공학 기술이 필요하다.

스템셀
기능을 하는 장기의 제작의 성공은 스템셀 기술의 발전에 전적으로 의존한다. 인체의 몇몇 조직에서 발견된 스템셀은 더 많은 스템셀을 생산할 수 있고, 다양한 장기의 세포로 각각 분화될 수도 있다. 다양한 타입의 세포가 사용될 수 있는데, 거기에는 배아 스템셀(ESCs), 성인 스템셀(ASCs)이 사용된다. 최근에는 다기능세포에서 유래된 세포(iPS), 조직 특화 세포가 이용된다. 스템셀의 역할은 바이오프린팅 과정에서 변할 수 있다. 게다가 장기 조직은 다양한 타입의 장기에 특화된 세포가 필요한데, 최근의 격리 및 분화 기술로는 실현하기가 매우 힘들다. 스템셀은 세포의 무한한 소스를 제공해 주지만, 원하는 표현형을 나타내는 양질의 장기 특화 세포를 지속적으로 생산하기 위해서는 좀 더 폭넓은 이해와 분류 과정의 진보가 필요하다. 그러면 이식 후의 수여자의 거부반응을 최소화할 수 있을것이다.

혈관
장기 프린팅의 가장 중요한 난제는 혈관 네트워크의 연결이며, 이는 조직을 다루는 기술이 직면하고 있는 가장 큰 문제점이기도 하다. 혈관 연결이 없이는 두꺼운 3D 조직 및 장기는 충분한 영양과 가스교환을 할 수 없고, 노폐물을 제거할 수 없다. 이는 세포의 생존 능력을 낮추고 인공장기의 기능부전을 일으킨다. 충분한 혈관 네트워크가 형성되어 세포로 영양분과 성장인자, 산소를 공급할 수 있어야 하며 젖산과 이산화탄소, 수소이온을 제거할 수 있어야 세포가 성장 및 융합을 지속하여 장기를 형성할 수 있다. 게다가 큰 3D 장기의 세포는 주로 혈관을 통한 혈액 공급이 없다면 대사기능을 유지할 수 없다. 몇몇 연구원들이 컴퓨터 모델을 이용하여 혈관 트리를 발전시키는 방법을 연구하였지만 두 갈래의 혈관 채널에 대한 시도는 극히 적었다.
두 갈래 이상의 혈관을 제조하는 것은 여전히 큰 과제이다. 가급적으로 자연 장기와 유사하게 작용하기 위해서는 혈관 구조를 가진 3D 장기는 간세포성 재료(heterocellular aggregates)를 이용하여 제작되어야 한다. 장기 프린팅에 방해가 될 것으로 보이는 생체를 모방한(biomimetical) 혈관 설계나 제작을 하기보다, 프린트할 수 있는 반투과성 미소유체 채널을 제안하여 매체(media)를 관류시키고 조직의 성숙과 형성, 세포의 생존을 위한 산소를 공급하는 것이 좋다.