Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal 30(6): 268-274 (2015) http://dx.doi.org/10.7841/ksbbj.2015.30.6.268 ISSN 1225-7117 / eissn 2288-8268 총설 3D 바이오프린팅기술현황과응용 김성호 1,2, 여기백 1,2, 박민규 2, 박종순 2, 기미란 1, 백승필 1 * Status and Prospect of 3D Bio-Printing Technology Sung Ho Kim 1,2, Ki Baek Yeo 1,2, Min Kyu Park 2, Joung Soon Park 2, Mi Ran Ki 1, and Seung Pil Pack1* Received: 20 October 2015 / Revised: 20 November 2015 / Accepted: 12 December 2015 2015 The Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Abstract: 3D printing technology has been used in various fields such as materials science, manufacturing, education, and medical field. A number of research are underway to improve the 3D printing technology. Recently, the use of 3D printing technology for fabricating an artificial tissue, organ and bone through the laminating of cell and biocompatible material has been introduced and this could make the conformity with the desired shape or pattern for producing human entire organs for transplantation. This special printing technique is known as 3D Bio-Printing, which has potential in biomedical application including patient-customized organ out-put. In this paper, we describe the current 3D bio-printing technology, and bio-materials used in it and present it's practical applications. Keywords: 3D bio-printing, Tissue engineering, Scaffold, Biomaterial, Biomedical science application 1. INTRODUCTION 3D 프린팅기술은 3 차원모델링을통해서얻은데이터를이용하여적층가공방식을통해서원하는제품을가공하는기술로서 1986 년도에찰스헐에의해개발된광경화수지표 1 고려대학교과학기술대학생명정보공학과 1 Department of Biotechnology & Bioinformatics, Korea University, Seochang-ri, Jochiwon-eup, Sejong, Korea Tel: +82-44-860-1419, Fax: +82-44-860-1598 e-mail: spack@korea.ac.kr 2 세종바이오 2 Sejong Bio, 2, Dolmaru 5-gil, Jochiwon-eup, Sejong, Korea 면에자외선광을조사하여경화에의해생긴층을겹겹이적층하는광조형법 (stereolithography; SLA) 과 1980 년대후반미국스토라타시스사의스콧클램프에의해고체필라멘트를녹여서한층한층쌓아가며 3 차원으로프린팅하는방식인용융압출조형 (fused deposition modeling: FDM) 방식이고안되었다 [1]. 이후에산업에있어서생산의형태가공장중심대량생산에서소비자에맞게다품종소량생산으로바뀌면서 3D 프린팅기술은많은부분에서사용되기시작하였다. 이를시작으로최근미국이나유럽, 일본등에서 3D 프린팅기술을이용한기반기술및응용기술이활발하게이루어지고있다. 3D 프린팅기술이연구되고응용기술이늘어나면서연구및의공학분야에서도관심을갖기시작하였다. 3D 바이오프린팅은 3D 프린팅의기술중한가지로살아있는세포를원하는구조및패턴으로배열하여조직이나장기를제작하는기술이다. 현재피부나장기, 뼈이식의경우대부분기증을받아서사용하는데이식의경우적합한조직이나장기를찾기가어려우며이식받더라도자가면역반응에의한문제점이많다. 이러한문제점을극복하기위해서조직공학및지지체분야에서생분해성, 생체적합성을가진고분자물질을이용하여인공뼈, 치과보철, 인공혈관, 인공피부, 인공장기, 바이오칩등다양한인공대체물을제작하는연구가활발히이루어지고있다. 3D 바이오프린팅기술을사용하기위해서는여러분야의연구가필요하다. 사람의조직이나장기는그역할이다다르기때문에단순히생체재료, 의공학분야의연구뿐만아니라세포나역학, 공학분야도연구를같이진행해야한다. 조직이나세포에적합한특성및구조적특징을연구해야하며소재에있어서가공성이나생체적합성, 기능성, 생분해성을고려한연구를진행해야한다 [2]. 또한 3D 바이오프린터를사람들에게더쉽고안전하게공급하기위해서는기본적으로 3D 프린팅기술도지속
3D 바이오프린팅기술현황과응용 269 적으로발전해야한다. 3D 바이오프린팅기술의발전은단순히사람에게이식하기위한조직및장기, 뼈를제공하는것뿐만아니라의학기술에있어서도많은발전을가져올것이다 [3]. 의학분야에있어서수술의사전준비를위한조직을생산할수있게되며, 새로운약물을개발할때그약물에대한효능및부작용을사람이아닌인공장기를통해서쉽게확인이가능하고, 약물의독성역시사람에게미치는영향을더쉽게연구할수있다. 본논문에서는현재사용되고있는 3D 바이오프린팅기술및사용되는소재, 응용분야를소개하고향후 3D 바이오프린팅분야의발전방향등에대해전망하고자한다. 2. 바이오프린팅에사용되는소재특성 2.1. 인쇄가능성생체재료분야에있어서알맞은재료의선택은중요하다. 각기술에따라서재료의선택이달라지며재료의농도도바뀌게된다. 바이오프린팅을할때점도가매우중요한데점도를고려하지않으면프린팅하는과정중에노즐이막힐수도있으며프린트후너무낮은점성때문에구조를유지못하는경우가있다. 각각의바이오프린터마다사용가능한점도의범위가다르며재료에따라서사용되는점도역시다르다 (Table 1). 점도에따라서만들어지는제품의세포부착성은다다르며재료선택시점도외에세포에미치는영향도고려해야한다. 이러한이유로인하여사용되는바이오프린팅기술에따라서알맞은재료를선택하는것이중요하다 [3]. 2.2. 생체적합성생체적합성은매우중요한사항이다. 자가이식을제외한동종이식이나타종이식의경우사람에게맞는조직이나장기를사용해야한다. 적합하지않으면자가면역반응에의해서원래의기능을상실한다. 자가면역반응이일어나지않고세포의활성이나기능, 신호전달에도움을주기위해서는생체적합성을갖는재료를선택해야한다. 바이오프린팅분야에서말하는생체적합성이란거부반응이없을뿐만아니라조직이나장기를이루는구성요소들이생리활성및기능조절에관여하는것도포함된다. 알맞은생체적합성을얻기위 해서보통생물유래천연고분자나합성고분자를많이사용하며이것을재료로각종제품을만든다 [2-4]. 2.3. 생분해성및부산물세포가성장하면서세포외기질을형성하고세포가성장할공간을확보하기위해서바이오프린터로만든지지체나조직은분해된다. 세포가성장할공간을확보하기위해서는만들어진지지체나조직의분해속도를알아야하고조절할수있어야하며분해속도와새로운조직이형성되는속도가같아야한다. 만들어진지지체가새로운조직이형성되기전에분해가되면알맞은구조를형성하지못하게되고세포가기능에맞게분화하는데문제가생기며새로형성되는장기가원래의기능을하지못하게된다. 지지체분해속도가새로운조직형성속도보다느리다면새로운조직의형성을방해하는역할을한다. 일반적으로생체적합성을가진지지체가생분해성을갖고있으면된다고생각하지만지지체가분해되면서나오는분해산물도중요하다. 우선분해산물은독성이없어야하며신진대사에사용되어빠르게대사되어야한다. 분해산물이독성을갖고있으면우리몸에존재하는단백질이나작은분자와결합하여기능을방해할수있으며 ph 의변화를줄수도있고면역글로불린의생성을유도해서체온에영향을줄수있다 [3]. 금속지지체의경우우리몸에서생분해성이없으며표면이산화되어금속이온을방출하여단백질의기능을저해한다. 이것을방지하기위해서일반적으로생물유래천연고분자나합성고분자를사용하는데천연고분자나합성고분자는탄수화물이나아미노산으로구성되어있으며최종산물이당이나아미노산, 몸에존재하는산이기때문에분해후에우리몸에서빠르게흡수되어사라진다 (Table 2). 2.4. 기계적물성물리적특성은 3D 바이오프린팅기술에있어서중요하다. 지지체나장기, 조직의경우몸내부에서 3 차원구조를유지하는것이중요한데형태를유지하지못하면그구조와기능을잃어서이식한것이원래의기능을하지못하게된다. 재료의선택도중요하다. 재료의종류에따라갖는물리적특성이다르며우리몸의부위나역할에따라갖는물리적특성이다르기때문에각기능에맞는재료를선택하여 3 차원구조를만드는것이중요하다. 혈관의경우내부압력이높 Table 1. 3D Bio-printer type Bio-printer type Inkjet Microextrusion Laser assisted Fused deposition modeling Material Natural polymer Natural polymer Natural polymer Synthetic polymer Synthetic polymer Synthetic polymer Synthetic polymer Viscosity 3.5-12 mpa/s 30-6 10 7 mpa/s 1-300 mpa/s - Prepration time Low Medium High Low Printing speed Fast Slow Medium Fast Cell viability Medium Low High Low Printer cose Low Medium High Low
270 Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal 30(6): 268-274 (2015) Table 2. Biomaterial used in bio-printer Natural polymer Synthetic polymer High biocompatibility High bioactive High biocompatibility Degradation speed control Advantage High cell viability High mechanical properties Low cytotoxicity Low thermal denaturation High workability ECM reproduction Low cytotoxicity FDA approval material Low mechanical properties Low bioactive Disadvantage Required the cross-linking Low cell viability Thermal denaturation Low workability Rapid degradation rate Degradation product Glucose, Amino acid Ethylene oxide, Lactic acid, Glycolic acid, Alcohol 으므로그압력을버틸수있고모양의변형이쉽도록높은탄성력을가진재료로만들어야하며뼈의경우하중을견딜수있는단단한소재로제작해야한다 [5]. 2.5. 생체모방생체모방공학은의학, 산업, 환경등의분야에서새로운기술적해결법을위해서생물학적이론을적용한것이다. 3D 바이오프린팅기술역시마찬가지이다. 사람의경우몸에문제가생기거나상처가생기면이부분을치료하고회복하기위해서세포나조직, 세포외기질을똑같이복제, 생산한다. 이것을 3D 프린팅에응용하여적용한것이 3D 바이오프린팅이다. 이것을실현시키기위해서는매우작은세포집합체를복제하는것이필요하며이세포집합체가생존하기위한환경을이해하고재현하는것이필수적이다. 같은세포라도환경에따라서그기능이다르기도하기때문에필요한미세환경을이해하고재현해야원하는생리활성을얻을수있다. 구조와기능에따른세포의종류도알아야하며세포의성장이나분화에영향을주는인자도알아야한다. 바이오프린터기술을향상시키기위해서는여러분야의연구를복합적으로진행해야한다. 혈관이나뼈장기, 피부등을재현하기위해서세포의활성뿐만아니라주변환경이갖는특징이나우리몸의환경을물리화학적으로이해할필요가있기때문에공학, 의학, 유체역학, 생체재료학, 세포생물학등여러분야의연구가필요한것이다. 여러분야의복합적인연구가진행되야우리가원하는조직이나구조를재현하고그기능을재현할수있다 [3, 6]. 3. 3D 바이오프린팅에사용되는소재 3.1. 자연유래고분자 3D 바이오프린팅에서사용되는재료는크게 2 가지로구분이가능하다. 첫번째로자연유래고분자이다. 여기에포함되는대표적인재료로젤라틴, 키토산, 콜라겐, 히알루론산, 알지네이트, 아가, 젤란검, 피브린, 케라틴, 셀룰로오스등이존 재한다 [7]. 이런천연고분자물질의장점으로는가공및조형이쉽고생체적합성이높으며인체에도입되었을때대부분좋은생리활성을갖고세포부착성이좋으며면역반응이일어나지않아서생체모방 ECM 을제작하기에좋다 [8]. 단점으로는내열성이낮아열에의한변성이쉽게일어나고기계적물성이낮아서물리적힘에의해서구조나형태가쉽게변형되며몸에서빠르게분해되기때문에분해속도조절이어렵다. 이러한문제점을극복하기위해서일반적으로화합물이나자외선을이용하여가교를시켜서물성을확보하게된다. 하지만가교에사용되는화합물은일반적으로세포에독성을갖고있고자외선의경우세포의활성을낮추거나사멸하게한다 (Table 2). 일반적으로천연고분자는하이드로겔이나인공피부, 약물전달체제작에사용된다. 3.2. 합성고분자합성고분자는보통 PLA (Poly lactic acid), PEG (Poly ethylene glycol), PVA (Poly vinyl alcohol), PLLA (Poly L lactic acid), PLGA (Poly lactic-co-glycolic acid), PCL (Poly-caprolactone) [9] 등이존재한다. 천연고분자의경우하이드로겔상태로만드는것이쉽다. 이에비해서합성고분자는형태를만들기위해서열을가하거나유기용매로녹인후형태를만들어야하기때문에천연고분자에비해서가공이어렵고생리활성이떨어진다. 합성고분자들은일반적으로생분해성고분자이기때문에사람의신체내에서분해가되며분해산물역시세포독성을갖지않는다. 또한천연고분자에비해서기계적물성이좋아서구조나형태를만들때필요한물성이나강도를확보하기가좋고인체내에서분해속도를조절하기좋다. 또한 FDA 승인이되어의료용재료로사용하기적합하다 (Table 2). 4. 3D 바이오프린팅방법 4.1. 잉크젯바이오프린팅방식잉크젯 (Inkjet) 프린터는일반적으로가장많이사용되는 3D 프린터이며이기술은여러분야에서사용되는기술이다. 최
3D 바이오프린팅기술현황과응용 271 Fig. 1. Bio-printer dispenser type. (a) Inkjet bio-printer, (b) Microextrusion bio-printer, (c) Laser assisted bio-printer, (d) Fused deposition modeling bio-printer. 초의잉크젯프린터는상업적으로사용가능한 2 차원기반으로개발되었다 [10]. 잉크젯프린터를 3D 잉크젯바이오프린터로만들기위해서잉크를생체재료로바꾸고종이역할을하는부분이움직이는 stage 로교체되었다. 3D 잉크젯바이오프린터는정확도와속도부분에서문제점을해결하기위해서많은연구가되고있으며, 이를통해서크게두종류의 3D 잉크젯바이오프린터가개발되었다. 첫번째로열조형잉크젯프린터이다. 산업에서사용되는열조형잉크젯프린터의경우재료를분사하는노즐부분에서 200~300 o C 열을가해서재료를녹이는방식이다. 이러한경우노즐에서가해지는온도가너무높아자연유래고분자나, 세포및생리활성을위한인자, 유전물질등이사멸하거나변형, 파괴된다. 이것을극복하기위해서 3D 잉크젯바이오프린터는보통노즐부분에 2 µs 주기로 40~45 o C 의온도를가해서생체재료를녹여잉크방울을만든다 [11]. 3D 잉크젯바이오프린터의장점으로는장비의가격이저렴하다는것과사출속도가빠르기때문에제품의제작시간이짧다는것이다. 다른바이오프린터와비교하면제품에들어가는세포의수는적은편이지만비교적낮은점도를갖는재료를사용해서제품을제작할수있어서세포부착성은높다 [12]. 하지만단점으로는일정하지않은세포포장 (cell encapsulation) 과그것에따른세포의노출, 온도에의한생체재료의변성, 일정하지않은잉크방울크기, 잉크방울의일정하지않은방향성이있다 [13]. 재료의점성때문에잉크방울한개에들어가는세포 수도제한적이고노즐이점도때문에자주막힌다 [14,15]. 제품을만든후가교를통해서구조와물리적특성을유지해야하는데가교방법은자외선을이용한방법과화학약품을이용한방법이있다. 자외선의경우가교를하는동안세포가사멸하거나유전물질이변성될가능성이있고화학약품의경우가교에사용되는화학물질이세포에독성을가지고있다는단점이존재한다. 이러한단점때문에 3D 잉크젯바이오프린터는많은개선이필요하며현재는잉크젯바이오프린터와전기방사를합친전기방사 - 잉크젯바이오프린터가개발되었다 [16,17]. 두번째잉크젯바이오프린팅기술로는피에조소자또는압전소자를이용한피에조방식 (piezoelectric) 3D 바이오프린터가있다. 이경우노즐에존재하는온도조절기가없고대신피에조소자가존재한다. 피에조소자에전압을가하게되면모양이변하면서생기는물리적힘을통해서생체재료를일정한주기로잘라서잉크방울을만든다 [18]. 피에조 3D 바이오프린터의경우잉크방울크기조절이가능한반면일정한물리적충격을받기때문에세포의사멸을유도한다. 4.2. 미세압출바이오프린팅방식미세압출 (microextrusion) 3D 프린팅은상업적인부분에서가장많이사용되는방식이다. 미세압출 3D 바이오프린터는일반적으로온도를조절하여생체재료를다루는부분과
272 Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal 30(6): 268-274 (2015) dispenser, stage 로구성된다. dispenser 와 stage 가 x, y, z 축으로움직여서제품을적층방식으로제작하는데내부에설치된비디오카메라를통해서제작과정을조정하는것이가능하다. 장비내부에 dispenser 를여러개설치해서기기의재설정없이한번에여러종류의생체재료를이용하여조직이나장기, 뼈를만드는것이가능하다. 미세압출 3D 바이오프린터는잉크젯과달리염주알같은 bead 를만들어서사출한다. dispenser 가생체재료를 bead 형태로만들어서방출하여적층방식으로구조를만든다. 미세압출 3D 바이오프린터의 dispenser 는크게 2 종류가존재하는데 pneumatic 방식과 mechanical 방식이있다. Pneumatic dispenser 의경우가스의압력을이용하여재료를사출하는간접적인방식이며 mechanical dispenser 의경우피스톤이나스크류를이용하여직접적으로사출하는방식이다. Pneumatic dispenser 의경우간단한구동방법을가지고있으나공압에따른압력의제한이생긴다. mechanical dispenser 의경우공간적으로조절하기좋으나작고복잡한부품으로구성되며최대압력에제한이있다. 미세압출방식은매우넓은범위의유체를재료로서사용가능하다. 잉크젯방식의경우사용가능한점도의범위가한정적인것에비해서미세압출방식은넓은범위의점도를사용할수있기때문에다양한재료를사용하는것이가능하다. 사출형식도방울형태가아니라염주형태로사출하기때문에방울보다더많은세포를주입하는것이가능하다 [14]. 이것때문에몇몇연구팀은세포만을이용하여 3 차원의조직을만들기도하며여러종류의세포를가진 cell spheroid 를이용하여 3 차원구조를만들기도한다. Cell spheroids 를이용한장점으로조직화를빠르게해주며복잡한구조를빠르게형성하게해준다 [19,20]. 단점으로는높은점성으로인하여잉크젯바이오프린팅기술에비해서낮은세포부착성을갖고세포의생존율도낮은편이다. 또한높은점도와사출압력때문에노즐이자주막힌다. 4.3. Laser assisted 바이오프린팅방식 Laser assisted 바이오프린팅방식은기본적으로 laser 를이용해서재료에에너지를전달하여구조를만드는방식이다. 기본적으로 Laser assisted 바이오 - 프린터는 donor slide, energyabsorbing layer, collector slide 로구성되며 laser 를이용하여 bubble 을형성시켜서구조를만든다. Laser assisted 바이오 - 프린터는노즐을사용하지않고재료가노출되어있기때문에 laser 의세기, 표면장력, 재료물질의습도, 재료와 collector 사이의거리, 재료의두께와점도에영향을받는다. 대신노즐을사용하지않으므로노즐이막히는문제는없다. 보통 Laser assisted 바이오프린터는잉크젯에비해서다양한종류의재료를사용할수있으며더높은세포부착성을갖는다. 또한 laser 를사용하기때문에한개의 bubble 에많은양의세포를넣을수도있다 [21]. 하지만단점으로는원하는모양을얻기위해서는가교를빠르게진행시켜야하며여러종류의재료를사용할때각재료마다다른 energy-absorbing layer 를사용해야하기때문에비용이많이들고제작시간이길 Fig. 2. 3D Bio-printer applications. 다는것이문제이다 [3,22,23]. 4.4. 용융압출조형바이오프린팅방식용융압출조형 (Fused deposition modeling; FDM) 방식은 1980 년에도에개발되어다양하게사용되었다. 방식으로는필라멘트로이루어진소재를룰러를이용하여 liquefier 에집어넣고 liquefier 에설치되어있는온도조절기로필라멘트를녹인후노즐에서 collector 로분출한다. 보통은열가소성고분자물질을가공할때많이사용되는기술이나용융압출조형바이오프린팅에서는생체적합성을가진합성고분자물질을가공할때많이사용된다 [24]. 보통합성고분자의경우녹는점은매우높지만 glass transition temperature 는낮아서 40~60 o C 에서용융이가능해서용융압출조형방식을이용하여사출하여형태를만드는것이용이하다. 장점으로는장비의가격이저렴하며여러종류의재료를사용할때용이하다. 필라멘트형태의재료를바꿔주기만하면재료를바꿀수있기때문에여러종류의재료를이용한제품을만드는것이용이하다. 단점으로는노즐을사용하기때문에막히는현상이있으며필라멘트형태의재료를사용해야하기때문에천연고분자를사용하기어려우며세포를포함하는조직을만드는것이어렵다. 5. 3D 바이오프린팅의응용 현재 3D 바이오프린팅기술은여러분야에서사용된다. 의료분야에서는의료용시각화를예로들수있다. 외과수술에있어서뇌나심장같이혈관이많고복잡한부분은수술의진행이어려운데 MRI 나 CT 촬영을통해서수술부위의정보를수집하고 3D 바이오프린팅기술을이용하여모델을만
3D 바이오프린팅기술현황과응용 273 들어실제수술과비슷한상황을재현함으로써수술을더효율적으로집도할수있도록도와줄수있으며의료사고를예방할수있다 [25,26]. 다른활용분야로는지지체분야가존재한다 [27]. 현재의료업계에서는대부분뼈에생긴손상이나질병, 골절을금속이나세라믹, 동종이식을통해서치료한다. 하지만이러한치료는치료기간이길고자가면역반응같은문제점을동반한다. 이러한문제점을극복하기위해서 3D 바이오프린팅기술을이용하여생분해성을가진합성고분자나천연고분자를이용하여손상된부위를대체할인공뼈를제작하고필요한성장인자와세포를이식한다. 이러한방식으로치료기간을단축하고뼈의재생에도움을주는지지체를제작하고있다. 3D 바이오프린팅기술은조직이나장기의제작에도사용되고있다. 바이오프린팅을이용한 2 차원구조물로는인공피부나연골이제작되고있으며 3 차원구조물로혈관및심장판막, 기관지, 신장제작에도사용되고있다. 이분야의경우아직개발단계에있고많은문제점을가지고있으나각종응급상황에서응용되어사용되고있다. 6. 전망 현재 3D 바이오프린팅기술은많은문제점을가지고있으며개선해야하는점이많다. 바이오프린팅기술및재료, 세포분야에서도개선점이필요하다. 하지만 3D 바이오프린팅기술은아직초기단계임에도불구하고사람에게사용할수있는지지체나조직, 장기를만들어내고있으며이것들을성공적으로이식하고있다. 기술적으로개선해야할부분으로바이오프린팅기술의해상도와속도, 신뢰도부분이있으며재료부분에있어서는생체적합성을가진재료를개발해야한다. 이러한문제점을해결하기위해서는우리몸이갖고있는생체환경을이해해야하며신체각각의부위가갖는특징을이해해야한다. 신체부위에따라서세포의종류와구조가틀리며기능이다르다. 단순히그조직을대체하는것이아니라그조직이재생하는데도움을주어야하며조직재생후에는분해되어사라져야한다. 현재 3D 바이오프린팅기술에서사용되는재료는대부분천연고분자로이루어져있다. 하지만이러한천연고분자의경우높은생리활성을갖고있는반면에물리적강도가매우약해서신체조직이재생되는동안그구조를유지하기힘들며대부분사람유래가아닌동물유래이기때문에 FDA 승인을얻지못한재료가많고원료단가가높은편이다. 이에반해서 PLLA 나 PLGA 같이합성고분자의경우천연고분자에비해서생리활성은떨어지나인체에비슷한높은기계적물성을확보할수있으며조형및특정한구조를만드는것이유용하며분해속도를조절하는것이용이하다. 또한 FDA 승인을얻은제품도많이나와있다. 약물전달체개발에있어서도합성고분자는많이사용된다. 특정부위및특정기간에약물을방출하여회복에도움을주거나질병치료에사용된다. 이러한부분역시 3D 바이오프린팅기술에응용이가능하다. 단순히기계적물성 을제공하는것이아니라각종약물이나성장인자를합성고분자를이용하여제작한제품에적용함으로써조직의재생에도움을줄수있다. 현재지지체나인공장기가직면한혈관생성부분에있어서도제작시에혈관성장인자를도입하여공간확보및혈관생성의유도를통해서세포를더욱효율적으로생존시키고조직재생을촉진할수있다. 이러한부분에있어서 PLLA 나 PLGA 같은합성고분자를이용한지지체나조직재생용구조물제작은의료분야에서전망이좋다. 현재바이오프린팅기술은대부분실험실단계에머물러있으나지속적인기술의개량과소재의개발, 무해성검증도이루어질것이다. 아직은실제장기와비교하면바이오프린팅기술로제작한구조물은생물학적기능이나물리적강도가많이떨어지나지속적인개발을통해서실제조직과유사하게개발및향상될것이고신체기능의결손을보완하는수준까지개발될것으로예상된다. Acknowledgements 본연구는미래창조과학부과학벨트기능지구지원사업기능지구공동연구법인설립및운영지원사업 ( 과제번호 2015K 000022) 및세종바이오기관주요사업의지원으로수행되었으며, 이에관계자여러분께감사드립니다. REFERENCES 1. Gross, B. C., et al. (2014) Evaluation of 3D printing and its potential impact on biotechnology and the chemical sciences. Anal. Chem. 86: 3240-3253. 2. Bose, S., M. Roy, and A. Bandyopadhyay. (2012) Recent advances in bone tissue engineering scaffolds. Trends Biotechnol. 30: 546-554. 3. Murphy, S. V. and A. Atala (2014) 3D bioprinting of tissues and organs. Nat. Biotechnol. 32: 773-785. 4. Williams, David F. (2008) On the mechanisms of biocompatibility. Biomaterials 29: 2941-2953. 5. Peltola, S. M., et al. (2008) A review of rapid prototyping techniques for tissue engineering purposes. Ann. Med. 40: 268-280. 6. Phillippi, J. A., et al. (2008) Microenvironments engineered by inkjet bioprinting spatially direct adult stem cells toward muscle- and bone-like subpopulations. Stem Cells 26: 127-134. 7. Skardal, Aleksander, et al. (2010) Photocrosslinkable hyaluronangelatin hydrogels for two-step bioprinting. Tissue Eng. Part A 16: 2675-2685. 8. Gillette, B. M., J. A. Jensen, M. Wang, J. Tchao, and S. K. Sia (2010) Dynamic hydrogels: switching of 3D microenvironments using two-component naturally derived extracellular matrices. Adv. Mater. 22: 686-691. 9. Park, J. S., et al. (2007) In vitro and in vivo test of PEG/PCL-based hydrogel scaffold for cell delivery application. J. Control Release. 124: 51-59.
274 Korean Society for Biotechnology and Bioengineering Journal 30(6): 268-274 (2015) 10. Singh, M., H. M. Haverinen, P. Dhagat, and G. E. Jabbour. (2010) Inkjet printing-process and its applications. Adv. Mater. 22: 673-685. 11. Cui, X., et al. (2010) Cell damage evaluation of thermal inkjet printed Chinese hamster ovary cells. Biotechnol. Bioeng. 106: 963-969. 12. Xu, T., et al. (2006) Viability and electrophysiology of neural cell structures generated by the inkjet printing method. Biomaterials 27: 3580-3588. 13. Xu, T., et al. (2005) Inkjet printing of viable mammalian cells. Biomaterials 26: 93-99. 14. Nair, K., et al. (2009) Characterization of cell viability during bioprinting processes. Biotechnol. J. 4: 1168-1177. 15. Hunt, N. C., G. L. (2010) Cell encapsulation using biopolymer gels for regenerative medicine. Biotechnol. Lett. 32: 733-742. 16. Xu, T., et al. (2013) Hybrid printing of mechanically and biologically improved constructs for cartilage tissue engineering applications. Biofabrication 5: 015001. 17. Park, S. H., et al. (2008) Development of dual scale scaffolds via direct polymer melt deposition and electrospinning for applications in tissue regeneration. Acta Biomater. 4: 1198-1207. 18. Kim, J. D., J. S. Choi, B. S. Kim, Y. C. Choi, and Y. W. Cho (2010) Piezoelectric inkjet printing of polymers: Stem cell patterning on polymer substrates. Polymer 51: 2147-2154. 19. Mironov, V., R. P. Visconti, V. Kasyanov, G. Forgacs, C. J. Drake, and R. R. Markwald (2009) Organ printing: tissue spheroids as building blocks. Biomaterials 30: 2164-2174. 20. Derby, B. (2012) Printing and prototyping of tissues and scaffolds. Science 338: 921-926. 21. Guillotin, B., et al. (2010) Laser assisted bioprinting of engineered tissue with high cell density and microscale organization. Biomaterials 31: 7250-7256. 22. Guillemot, F., et al. (2010) High-throughput laser printing of cells and biomaterials for tissue engineering. Acta Biomater. 6: 2494-2500. 23. Guillemot, F., et al. (2010) Laser-assisted cell printing: Principle, physical parameters versus cell fate and perspectives in tissue engineering. Nanomedicine (Lond). 5: 507-515. 24. Zein, I., et al. (2002) Fused deposition modeling of novel scaffold architectures for tissue engineering applications. Biomaterials 23: 1169-1185. 25. Jakab, K., et al. (2006) Three-dimensional tissue constructs built by bioprinting. Biorheology 43: 509-513. 26. Hockaday, L.A., et al. (2012) Rapid 3D printing of anatomically accurate and mechanically heterogeneous aortic valve hydrogel scaffolds. Biofabrication 4: 035005. 27. Lee, J. Y., et al. (2013) Customized biomimetic scaffolds created by indirect three-dimensional printing for tissue engineering. Biofabrication 5: 045003. 28. Shapeways, 3D Printing Helps Save and Separate Conjoined Texas Twins. http://www.shapeways.com. (2015). 29. Psfk, 3D Printing Skin Grafts to Heal Burns. http://www.psfk.com. (2014). 30. Michigan, U. O., Baby's life saved with groundbreaking 3D printed device from University of Michigan that restored his breathing. http://www.uofmhealth.org. (2013). 31. CNN, Artificial eyes, plastic skulls: 3-D printing the human body. http://edition.cnn.com. (2014).