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[3D프린팅] 생물학에 대한 우리의 숙달은 최근 수십 년 동안 극적으로 향상되었지만 우리는 여전히 자연의 형태 레퍼토리에 크게 제한되어 있다. 이는 다양한 3D모양으로 프린팅할 수 있는 미생물로 만든 살아있는 잉크의 생성으로 바뀔 수 있다. 과학자들은 새로운 미생물 잉크로 프로그래밍 가능한 생활 구조를 3D프린팅 한다.

https://singularityhub.com/2021/11/29/how-scientists-used-2d-living-ink-to-print-3d-structures/

JM Kim | 기사입력 2021/12/01 [00:00]

[3D프린팅] 생물학에 대한 우리의 숙달은 최근 수십 년 동안 극적으로 향상되었지만 우리는 여전히 자연의 형태 레퍼토리에 크게 제한되어 있다. 이는 다양한 3D모양으로 프린팅할 수 있는 미생물로 만든 살아있는 잉크의 생성으로 바뀔 수 있다. 과학자들은 새로운 미생물 잉크로 프로그래밍 가능한 생활 구조를 3D프린팅 한다.

https://singularityhub.com/2021/11/29/how-scientists-used-2d-living-ink-to-print-3d-structures/

JM Kim | 입력 : 2021/12/01 [00:00]

적층 제조 또는 3D프린팅은 우리가 소비재에서 주택에 이르기까지 모든 것을 만들고 제조하는 방식을 다시 쓸 것을 약속한다. 그리고 생명 과학 분야에도 진출했다. 소위 "바이오 잉크"는 의료 연구를 위해 살아있는 조직이나 오르가노이드를 3D프린팅하고 언젠가는 이식을 위해 전체 장기를 프린팅하는 데 사용된다.

또한 약물 전달에서 오염 물질 제거에 이르기까지 모든 것을 수행하도록 유전적으로 조작될 수 있는 박테리아로 구성된 보다 다양한 "살아 있는 잉크"를 만드는 데 많은 관심이 있었다. 그러나 지금까지 접근 방식은 잉크에 구조적 무결성을 제공하는 데 도움이 되는 폴리머와 미생물을 혼합하는 데 의존했다.

이제 연구원들은 폴리머를 유전자 조작된 대장균 박테리아가 만든 단백질로 대체하여 이름에 더 가깝게 생활하는 새로운 살아있는 잉크를 개발했다. 연구원들은 이것이 단순한 세포 배양에 지나지 않는 대규모의 살아있는 구조물에 씨를 뿌릴 수 있는 가능성을 열어주었다고 말한다.

이 돌파구의 핵심은 E. coli 세포가 분비하여 서로 달라붙어 이동하기 어려운 생물막을 형성하는 단백질의 용도를 변경하는 것이었다. 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)의 한 논문에서 연구원들은 박테리아를 유전적으로 조작하여 "손잡이" "구멍"으로 알려진 이 단백질의 두 가지 다른 버전을 생성한 다음 함께 고정되어 강력한 가교 메쉬를 형성하는 방법을 설명한다.

그들은 이 혼합물을 필터에 통과시켜 세포를 제거하고 3D 프린터에 사용할 수 있는 젤 같은 물질을 만들었다. 그런 다음 이 잉크를 0.5밀리미터 가닥으로 짜내어 격자, 원뿔, 상자 및 고리를 비롯한 다양한 모양을 만들었다.

미생물 바이오잉크로 3D 프린팅한 구조물.

이미지 출처: Duraj-Thatte et al., Nature Communications

팀은 또한 새로운 기능을 가진 구조를 만들기 위해 유전자 변형 박테리아로 잉크를 삽입할 수 있음을 보여주었다. 한 테스트에서 그들은 특정 화학 물질에 노출되었을 때 항암제 아주린을 방출하도록 조작된 세포를 추가했다.

그들은 또한 일부 플라스틱에서 방출될 수 있는 독성 화학 물질 BPA를 청소하도록 설계된 박테리아와 결합했다. 또 다른 실험에서 그들은 특정 화학 물질이 존재하지 않는 한 프린팅한 후에도 계속 성장하는 미생물을 추가했다.

스위스 취리히 공과대학(ETH Zurich)의 안드레 스투다르트(André Studart)는 뉴사이언티스트와의 인터뷰에서이 연구의 아름다움은 인쇄된 살아있는 물질의 기능적 반응을 유전적으로 프로그래밍하는 능력에 있다고 말했다.

연구자들은 이 접근법이 의학과 환경에서 독소를 제거하는 데 응용할 수 있다고 말한다. 보도 자료에서 선임 저자인 Northeast University Neel Joshi는 플라스틱 병 뚜껑 내부에 BPA 중화 물질을 인쇄하여 독성 물질을 흡수할 가능성을 제안한다.

더 야심차게, 그는 이 기술이 언젠가는 원자재 운송이 어렵고 비용이 많이 드는 우주 또는 다른 행성에서 구조물을 짓는 매력적인 접근 방식을 입증할 수 있다고 생각한다.

이론상으로는 미생물만 운송하면 되며, 미생물은 구조물에 필요한 모든 것을 제자리에서 생산할 수 있다. 그리고 생산된 품목은 손상되었을 때 스스로 치유하거나 환경 신호에 반응하는 능력과 같은 새로운 특성을 가질 수 있다.

그들이 지금까지 건설한 구조물의 너비가 불과 몇 밀리미터에 불과하다는 점을 고려하면 이는 먼 이야기일 것이다. 잉크의 산업적 양을 생산하는 데에도 많은 최적화가 필요하며 현재 버전이 건조에 대처할 수 없기 때문에 제조법을 조정해야 할 것이다.

그러나 연구원들은 몇 개의 세포만으로 3D 프린팅을 위한 원료를 생성할 수 있다는 일반적인 원리를 입증했다. 그리고 합성 생물학과 유전 공학의 급속한 발전을 감안할 때 훨씬 더 강력하고 유능한 살아있는 잉크가 그리 멀지 않은 것일 수 있다.

이미지 출처: Duraj-Thatte et al., Nature Communications

 

 
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