hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
중립적 일원론 변형
이러한 형태의 중립적 일원론은 윌리엄 제임스에 의해 정립되었다. 주로 그의 동료들이 "첫 번째 원리" 중 하나라는 의식의 지위를 인정하지 않았기 때문에 이에 대한 반작용으로 이루어졌다. 윌리엄 제임스의 관점에서 의식은 다른 모든 지식이 의존하는 인식론적 기반이다. 만약 어떤 존재론이 의식의 존재와 양립할 수 없다면, 버려져야 할 것은 의식이 아니라 존재론이다. 윌리엄 제임스는 "지각되는 것과 지각하는 자"를 단순히 같은 동전의 양면으로 보았다.
러셀적 일원론은 조합 문제에 대한 제안된 해결책에서 다른 중립적 일원론적 견해와 가장 유명하게 다르다. 러셀은 특정 방식으로 조직될 때 의식을 발생시킬 수 있는 "준현상적(paraphenomenal)" 속성의 존재를 제안한다.
중립적 일원론 변형
모든 플라톤주의 이론이 중립적 일원론은 아니지만, 일부 중립적 일원론 이론은 플라톤주의적이다. 플라톤주의적 중립적 일원론은 최근 수십 년 동안 더 널리 퍼졌다. 이러한 견해에 따르면, 현실을 구성하는 '중립적' 실체는 플라톤적 형상 또는 이와 유사한 것이다. 이러한 견해는 세부 사항에서 다양하지만, 일반적으로 수학적 우주 가설 (현실이 근본적으로 수학으로 이루어져 있으며, 이는 물리적이지도 정신적이지도 않다는 견해)과 같은 더 일반적인 급진적 플라톤주의 형태와 유사한 형태를 취한다. 그렇다고 해도, 이러한 이론들은 플라톤적 형상, 수학적 대상 등의 존재가 그 자체로 의식적 경험의 출현을 설명하기에 충분하지 않기 때문에 종종 물리주의적 심리 이론과 같은 문제를 겪는다.
일부 사람들은 플라톤주의가 가진 간결함 때문에 매력을 느낄 수도 있다. 논리적 진리는 필연적으로 존재하며, 정신적인 것과 물리적인 것은 이러한 필연적 존재의 단순한 결과라는 것이다. 이러한 이론들은 또한 중립적 변수를 일관성 있게 정의하여 오랫동안 중립적 일원론의 주요 과제였던 문제를 극복했다는 장점도 있다.
중립적 일원론 출처
Andrew Gluck (2007) Damasio's Error and Descartes' Truth: An Inquiry into Epistemology, Metaphysics, and Consciousness, University of Scranton Press, Scranton PA, ISBN 978-1-58966-127-1 ((pb)).
인지적 폐쇄
인지적 폐쇄(cognitive closure)는 심리철학 및 과학철학에서 인간의 인지 능력이 특정 철학적 문제를 근본적으로 해결할 수 없다고 제안하는 개념을 말한다. 철학의 역사 전반에 걸쳐 지속되어 온 이 문제들은 불충분한 데이터나 연구 때문이 아니라, 마음의 구조나 능력에 내재된 한계 때문에 인간 이해의 범위를 넘어선 것으로 간주된다.
인지적 폐쇄의 옹호자인 철학자 콜린 맥긴은 심신 문제, 정체성, 의미의 근본, 인식론, 선험적 및 경험적 지식, 그리고 자유의지와 같은 특정 철학적 문제들은 인간에게 근본적으로 알 수 없는 것일 수 있다고 주장한다. 그는 이 관점을 초월적 자연주의라고 부른다. 철학자 오웬 플래너건은 이 입장을 "반구성적 자연주의" 또는 "신 미스테리안주의"라고 언급했으며, 맥긴과 마찬가지로 그 한계가 인간 두뇌의 설계에 내재되어 있다고 가정한다.
인지적 폐쇄 역사
이마누엘 칸트는 《순수이성비판》에서 인간의 사고가 오성 범주에 의해 필연적으로 구조화된다고 주장했다.
양 – 단일성, 다수성, 전체성.
질 – 실재, 부정, 제한.
관계 – 내재와 실체, 인과관계와 의존성, 상호작용.
양상 – 가능성 또는 불가능성, 실존 또는 비실존, 필연성 또는 우연성.
칸트는 이러한 것들이 사고의 한계를 부과하는 관념이라고 주장했다. 범주를 통해 알 수 있는 것을 "우리에게 있는 것"이라고 불렀고, 범주 밖에 있는 생각할 수 없는 것을 "물자체"라고 불렀다.
19세기 존 틴들은 우리가 두뇌의 정확한 분자 활동을 매핑할 수 있다 하더라도, 물리적 두뇌 상태와 의식적 경험 사이의 연결은 지적으로 넘어설 수 없는 상태로 남아있을 수 있다고 관찰했다. 이는 과학적 이해가 발전하더라도 일부 문제, 특히 의식과 관련된 문제들은 설명하기 어려울 것이라는 점을 시사한다.
인지적 폐쇄 역사
20세기 초, 프리드리히 하이에크는 "마음이 스스로를 설명한다는 전체 개념은 논리적 모순"이라고 주장하며, 이를 괴델의 불완전성 정리의 일반화된 경우에 비유했다. 하이에크는 자연주의적 불가지론자가 아니었다. 즉, 과학이 현재 심신 관계에 대한 설명을 제공할 수 없지만, 원칙적으로는 가능할 것이라는 견해였다.
인지적 폐쇄 의식 (심리철학)
의식 (심리철학) 문제는 종종 인지적 폐쇄의 핵심 쟁점 중 하나로 언급된다. 철학자 토마스 네이글은 그의 에세이 "박쥐가 된다는 것은 무엇인가?"에서 경험의 주관적 본질이 과학적 설명의 범위를 근본적으로 벗어날 수 있다는 생각을 탐구했다. 네이글의 주장은 뇌의 물리적 과정이 어떻게 의식적 경험을 낳는지 설명하기 어려운 점을 강조한다.
노엄 촘스키는 다른 인지 구조를 가진 종은 일부 문제를 사소하게 해결할 수 있다고 제안하며, 특정 철학적 문제들이 우리 마음의 생물학적 제약 때문에 인간의 이해를 넘어설 수 있음을 강조한다.
오웬 플래너건은 1991년 저서 《마음의 과학(Science of the Mind)》에서 일부 현대 사상가들이 의식은 결코 완전히 설명될 수 없을 것이라고 제안했다고 언급했다. 플래너건은 록 그룹 퀘스천 마크 앤 더 미스테리안스의 이름을 따서 그들을 "신 미스테리안들"이라고 불렀다.
콜린 맥긴에 따르면, 심신 문제의 해결책은 "우리의 유전자에 쓰여 있지만" 이해될 수 없다.
창발적 유물론은 인간이 아직 마음과 물질 사이의 관계를 파악할 만큼 충분히 똑똑하지 않다는 유사하지만 다른 주장이다.
해변 산책
해변 산책(Walk on the Beach, 스페인어: Paseo a la orilla del mar 또는 Paseo a orillas del mar)은 스페인 화가 호아킨 소로야가 1909년에 그린 유화이다.
화가의 아내와 큰딸이 발렌시아 해변을 산책하는 모습을 담고 있다. 이 그림은 마드리드의 소로야 미술관 소장품 중 하나이다.
해변 산책 설명
이 큰 캔버스 그림은 거의 정사각형 형태이며, 해변 풍경으로는 이례적으로 큰 크기이다. 실물 크기로 묘사된 여성들은 소로야의 아내 클로틸데와 큰딸 마리아이다. 소로야는 고향인 발렌시아의 엘 카반얄 해변에서 이 풍경을 그렸다. 두 여성 모두 오른쪽으로 걸어가는 것처럼 보이도록 약간 앞으로 기울어져 있다. 딸 마리아는 고개를 살짝 돌려 관람자를 바라보고 있다.
어머니와 딸 모두 긴 흰색 여름 드레스를 입고 있다. 밀짚모자를 쓰고 양산을 든 우아한 모습은 1910년경 당시 패션의 전형적인 모습이다. 19세의 마리아는 가느다란 실루엣을 강조하는, 바닥까지 오는 길이의 단순한 드레스를 입었다. 몸에 꼭 맞는 소매는 피부가 비치는 투명한 천으로 되어 있다. 딸 뒤의 클로틸데 소로야 역시 흰색 드레스를 입고 있으며, 흰색 벨트로 졸라 엉덩이가 강조되어 있다. 따라서 가슴과 엉덩이 모두 딸보다 더 선명한 윤곽을 가지고 있다. 클로틸데의 드레스는 소매가 짧고, 흰색 재킷을 왼팔에 들고 있다. 왼손에는 열린 흰색 양산을 들고 있다. 클로틸데는 머리에 역시 보라색 꽃으로 장식된 밀짚모자를 쓰고 있다.
해변 산책 설명
딸 마리아의 젊은 얼굴은 태양을 직접 노출되어 있고, 어머니의 얼굴은 모자의 그림자에 가려져 있다. 옷과 액세서리는 두 여성을 여름의 온화한 기온과 가벼운 바람 속에서 자유 시간을 보내는 상류층으로 묘사한다.
그림의 지배적인 색은 드레스와 양산의 흰색이다. 소로야는 이 흰색을 프랑스의 인상주의 화가들처럼 다른 색상과 많이 섞어 사용했다. 그래서 흰색 안에는 파란색, 노란색, 라일락색 또는 오렌지 색조가 빛과 그림자 효과를 이룬다. 밝은 흰색의 인물들은 그림의 나머지 부분과 뚜렷하게 구별된다. 이미 낮게 깔린 태양은 관람자 방향에서 두 여성에게 비치며, 여성들의 긴 그림자가 뒤편 해변에 드리워져 있다. 남부 태양 아래 이러한 조명 효과를 재현하는 것은 발렌시아의 루미니즘(Luminism)의 전형적인 특징으로, 루미니즘은 스페인 신인상주의에서 비롯되었으며, 호아킨 소로야가 주요 대표자였다.
해변 산책 소로야의 해변 그림
발렌시아에서 태어난 호아킨 소로야는 젊은 시절부터 바다에서의 삶에 익숙했다. 그의 초기 작품에는 1881년 마드리드의 국립 전시회(Expsoición National)에 처음 선보인 전통적인 항구 풍경인 <마리나, 푸에르토의 배>(Barcos en el Puerto)가 있다. 1890년대에는 발렌시아의 어부들을 주제로 여러 번 작품을 그렸다. 그는 어부들이 잡은 물고기를 해변으로 가져오는 장면,  소를 이용해 배를 해변으로 끌어올리는 장면 등을 그렸다. 또한 바다에서 일하는 보트 제작자나 어부 아내의 모습을 그림으로 남기기도 했다. 이 작품들로 그는 매우 긍정적인 평가를 받았고 국제적인 성공을 가져왔다. 프랑스 정부는 1895년 작품인 '귀환(La Vuelta de la presence)'을 구매했고, 베를린 국립 미술관은 1895년 작품인 '발렌시아 어부들(Pescadores Valencianos)'을 구입했다.
1900년 소로야는 수영하는 아이들을 그리기 시작했다. 1904년 작품 '목욕 시간(La hora del baño)'은 낚싯배와 물속에 서 있는 소 사이에 알몸으로 헤엄치는 아이들을 묘사했다.
해변 산책 소로야의 해변 그림
같은 여름, 소로야는 발렌시아에서 아내 클로틸데의 초상화를 그렸다. '해변의 클로틸데(Clotilde en la playa)'에서 아내는 흰 드레스를 입고 바다 근처 의자에 앉아 있다. 여기에서도 나중에 '해변 산책'에서처럼 양산은 이미 중요한 소품이다.
1906년, 소로야와 그의 가족은 스페인 북부 비아리츠를 방문했다. 단체 초상화 '등대 산책(Paseo de Faro)'에서는 여러 여성이 해변 위의 절벽을 따라 걷고 있다. 화가는 여기서 해변과 물에 씻겨 나간 수중 암석층을 배경 모티브로 보여준다.
1909년, 그는 발렌시아 해변으로 돌아와 다시 바다를 배경으로 한 인물들을 묘사하는 주제를 다루었다. '해변의 엘레나(Elena en la playa)'라는 초상화에서 소로야는 막내딸을 흰 드레스를 입고 해변을 배경으로 묘사했다. '해변 산책'과 거의 같은 시기에 그려진 이 초상화에서 소로야는 육지와 바다의 만남, 바다의 파도, 바람에 휘날리는 드레스, 모자, 그리고 지중해 여름날의 빛을 그렸다.
해변 산책 소장 내력
이 그림은 작가가 사망할 때까지 그의 소유였다. 그의 유언에 따라 그림은 그의 아들 호아킨 소로야 가르시아에게 유증되었는데, 그는 그의 부모의 옛집을 소로야 미술관로 리모델링하고 초대 관장이 되었다. 1931년 소로야의 아내 클로틸데는 가구와 함께 집을 스페인 정부에 유증하여 호아킨 소로야 박물관 설립을 지원하도록 했다. 아들 호아킨 소로야 가르시아는 어머니를 따라 1948년 사망 후 '해변 산책' 그림과 아버지의 다른 작품들을 스페인 정부에 유증했다. 그 이후로 이 작품은 마드리드의 소로야 미술관 소장품이 되었다.
반딧불이 알고리즘
수학적 최적화에서 반딧불이 알고리즘 또는 파이어플라이 알고리즘(Firefly algorithm)은 신쉐 양이 제안한 메타휴리스틱으로, 반딧불이의 깜빡이는 행동에서 영감을 받았다.
반딧불이 알고리즘 알고리즘
의사 코드에서 알고리즘은 다음과 같이 기술될 수 있다.
위 의사 코드는 n×n을 제안하지만, 루프당 목적 함수 평가 횟수는 반딧불이당 한 번이다. (양의 매트랩 코드 기반.) 따라서 목적 함수 평가의 총 횟수는 (세대 수) × (반딧불이 수)이다.
두 반딧불이 와 의 주요 업데이트 공식은 다음과 같다.

여기서 는 스텝 크기를 제어하는 매개변수이고, 는 가우스 분포 또는 다른 분포에서 추출된 벡터이다.
극한의 경우 은 표준 입자 군집 최적화 (PSO)에 해당함을 알 수 있다. 실제로 내부 루프(j에 대한)가 제거되고 밝기 가 현재 전역 최적 로 대체되면 FA는 본질적으로 표준 PSO가 된다.
반딧불이 알고리즘 비판
자연에서 영감을 받은 메타휴리스틱은 일반적으로 연구 커뮤니티에서 은유 뒤에 참신함의 부족을 숨긴다는 비판을 받아왔다. 반딧불이 알고리즘은 잘 확립된 입자 군집 최적화와 무시할 수 있는 정도의 차이만 있다는 비판을 받아왔다.
머리 이식
머리 이식(head transplant) 또는 전신 이식(full body transplant)은 한 유기체의 머리를 다른 유기체의 몸에 이식하는 실험적인 외과 수술이다. 많은 실험에서 수혜자의 머리는 제거되지 않았지만, 다른 실험에서는 제거되었다. 동물 실험은 1900년대 초에 시작되었다. 2025년 기준 현재까지 지속적인 성공은 이루어지지 않았다.
머리 이식 의학적 과제
세 가지 주요 기술적 과제가 있다. 다른 장기 이식과 마찬가지로, 이식거부반응을 피하기 위해 면역 반응을 관리하는 것이 필요하다. 또한, 뇌는 산소와 영양분을 공급하고 노폐물을 제거하기 위해 지속적인 혈류에 크게 의존하며, 혈류가 차단되면 정상 온도에서 빠르게 손상이 발생한다. 마지막으로, 여러 면에서 신체와 머리 모두의 신경계를 관리하는 것이 필수적이다. 자율신경계는 호흡과 심장 박동과 같은 필수 기능을 제어하며, 주로 뇌간에 의해 지배된다. 수혜자 신체의 머리가 제거되면 이러한 기능은 더 이상 작동할 수 없다. 또한, 뇌가 움직임을 제어하고 감각 정보를 받기 위해서는 척수를 통해 머리에서 나오는 각 신경이 수혜자 신체의 척수에 있는 잠재적으로 해당하는 신경에 연결되어야 한다. 마지막으로, 전신적인 신경병증성 통증의 위험이 높으며 2017년 기준 연구에서는 대체로 다루어지지 않았다.
머리 이식 의학적 과제
이러한 과제 중 혈액 공급 및 이식거부반응 문제는 이식 의학 분야에서 일반적으로 다루어져 여러 유형의 장기 이식이 상당히 일상적인 것이 되었다. 그러나 2017년 기준 간이식과 같이 흔한 분야에서도 첫 해에 약 4분의 1의 장기가 거부되며, 전체 사망률은 여전히 일반 인구보다 훨씬 높다. 신경계 이식의 과제는 2017년 기준 연구 초기 단계에 머물러 있다.
머리 이식 역사
알렉시 카렐은 장기 이식의 맥락에서 혈관 연결을 위한 개선된 외과 수술 방법을 개발한 프랑스 외과 의사였다. 1908년에 그는 미국의 Charles Claude Guthrie와 협력하여 한 개의 머리를 온전한 다른 개에게 이식하려 시도했다. 이식된 머리는 초기에 일부 반사를 보였지만 빠르게 악화되었고 동물은 몇 시간 후에 죽었다. 카렐의 장기 이식 연구는 나중에 노벨상을 받았다. 구스리는 아마도 머리 이식에 대한 논란의 여지가 있는 이 연구 때문에 배제되었을 것이다.
1954년, 관상동맥 우회술을 개선하는 데 중요한 작업을 수행한 소련의 외과 의사 블라디미르 데미호프는 개의 머리와 앞다리를 포함한 상체를 다른 개에게 이식하는 실험을 수행했다. 이 작업은 기증자 머리와 상체에 혈액 공급을 제공하는 방법에 중점을 두었고 신경계 이식에는 중점을 두지 않았다. 개들은 일반적으로 며칠 동안 생존했으며, 한 마리는 29일 동안 생존했다. 이식된 신체 부위는 움직이고 자극에 반응할 수 있었다. 동물들은 이식거부반응으로 사망했다.
머리 이식 역사
1950년대와 60년대에 면역억제제와 장기 이식 기술이 개발되어 신장, 간 및 기타 장기 이식이 표준 의료 절차가 되었다.
머리 이식 역사
1965년 로버트 J. 화이트는 이러한 과제를 관리하는 방법을 배우기 위해 분리된 개의 뇌 혈관 시스템만을 기존 개에 이식하려는 일련의 실험을 수행했다. 그는 EEG로 뇌 활동을 모니터링하고 물질대사도 모니터링하여 혈액 공급이 중단되는 것을 피함으로써 높은 수준의 뇌 활동과 물질대사를 유지할 수 있음을 보여주었다. 동물들은 6시간에서 2일 동안 생존했다. 1970년, 그는 원숭이의 머리를 잘라 다른 원숭이 머리의 혈관에 연결하는 4가지 실험을 수행했다. 그는 신경계를 연결하려 시도하지 않았다. 화이트는 시술 중 혈액 공급이 차단되는 동안 뇌를 보호하기 위해 심부 저체온 요법을 사용했다. 수혜자 신체는 기계 환기와 심장을 자극하는 약물로 생명을 유지해야 했다. 이식된 머리는 기능할 수 있었다. 눈은 움직이는 물체를 추적했으며, 씹고 삼킬 수 있었다. 혈관 이식에 문제가 있어 혈전이 형성되었고, 화이트는 심각한 부작용을 일으키는 고용량의 면역억제제를 사용했다. 동물들은 머리 이식 후 6시간에서 3일 사이에 사망했다. 이러한 실험은 언론에 보도되고 비판을 받았으며, 동물 권리 운동가들에게는 야만적인 것으로 간주되었다. 이후 수년 동안 머리 이식에 대한 동물 실험은 거의 없었다.
머리 이식 역사
2012년 Xiaoping Ren은 쥐의 머리를 다른 쥐의 몸에 이식하는 연구를 발표했다. 다시 초점은 혈액 공급 손실로 인한 해를 피하는 방법에 있었으며, 그의 프로토콜로 이식된 머리는 최대 6개월 동안 생존했다.
2013년 Sergio Canavero는 인간 머리 이식을 가능하게 할 것이라고 주장하는 프로토콜을 발표했다. 2016년, 그는 수술에 자원한 척수성 근위축증을 앓고 있는 러시아의 장애인 소프트웨어 엔지니어 발레리 스피리도노프에게 시술을 할 계획을 발표했다. 카나베로는 성공률이 90%라고 주장했다. 제안된 시술에서는 뇌사 상태의 환자로부터 신체를 기증받을 예정이었다. 그러나 스피리도노프는 결혼하여 첫 아이를 낳은 후 참여를 취소했다.
2015년, 렌은 쥐의 머리를 잘라냈지만 뇌간은 그대로 두고, 기증자 머리의 혈관계를 수혜자 몸에 연결하는 연구를 발표했다. 이 연구는 수혜자 동물의 몸을 생명 유지 장치 없이 살려둘 수 있는지 여부를 다루기 위한 노력의 일환이었다. 이전의 모든 실험 작업에서는 수혜자 몸의 머리를 더 아래, 즉 척추의 두 번째 뼈 바로 아래에서 잘라냈다. 렌은 또한 시술 중 뇌를 보호하기 위해 중등도 저체온 요법을 사용했다.
2016년, 렌과 카나베로는 머리 이식 시술에 잠재적으로 사용될 수 있다고 말한 신경 보호 전략과 시도된 신경 보호 전략에 대한 검토를 발표했다. 그들은 혈관 연결을 위한 다양한 프로토콜, 다양한 수준의 저체온 요법 사용, 혈액 대체제 사용, 그리고 황화 수소를 신경 보호제로 사용하는 가능성에 대해 논의했다.
머리 이식 윤리 및 대중적 의견
생명윤리학자 아서 카플란은 "머리 이식은 가짜 뉴스다. 그러한 주장을 홍보하고 어떤 인간이든 입증되지 않은 잔인한 수술에 노출시키는 자들은 헤드라인이 아니라 경멸과 비난을 받을 자격이 있을 뿐이다"라고 썼다.
로버트 J. 화이트는 머리 이식 실험 때문에 시위자들의 표적이 되었다. 한 명은 그의 명예를 기리는 만찬을 중단하고 피 묻은 인간 머리 모형을 그에게 건넸다. 다른 사람들은 그의 집에 전화하여 "도살자 박사"를 찾았다. 화이트가 샘 셰퍼드 살인 사건에 대한 민사 심리에서 증언했을 때, 변호사 테리 길버트는 화이트를 프랑켄슈타인 박사에 비유했다. PETA는 화이트의 실험을 "조잡하고 잔인한 생체 해부 산업의 전형"이라고 묘사했다.
머리 이식 윤리 및 대중적 의견
일반적으로, 이식 의학 분야는 발전이 이루어질 때마다 일부에서 저항과 우려를 불러일으켰다. 1954년 첫 신장 이식을 수행한 조지프 머레이는 부자연스러운 일을 하거나 신의 역할을 하는 것으로 묘사되었다. 이러한 비판은 다른 장기 이식이 이루어지면서 계속되었지만, 1998년과 2005년에 각각 손 이식과 얼굴 이식이 등장하면서 가장 첨예해졌는데, 이들 각각은 내부 장기와 달리 가시적이고 개인적이며 사회적인 방식의 이식이기 때문이다. 이러한 각 시술의 의료윤리학은 임상 실험 및 정기적인 사용이 시작되기 전에 광범위하게 논의되고 해결되었다.
머리 이식 윤리 및 대중적 의견
머리 이식과 관련하여, 2017년 기준 문헌에 발표된 공식적인 윤리적 논의는 거의 없었고 이해 관계자들 간의 대화도 거의 없었다. 카나베로의 계획은 사회와 의료계의 준비 또는 수용보다 훨씬 앞서 있었다. 관련된 사람들에게 위험을 정당화할 수 있는 시술 수행에 대한 합의된 프로토콜이 없었고, 사전동의를 얻는 방법은 불분명했으며, 특히 신체가 사용될 사람의 경우 더욱 그러했다. 절박함의 문제는 머리 기증자의 진정한 사전 동의를 의문스럽게 만들었다. 사회적 비용과 관련하여, 장기 기증을 기꺼이 하는 사람의 신체는 많은 사람들의 생명을 구할 수 있으며, 2017년 기준 현재 장기 기증을 기꺼이 하는 사람들의 조직 및 장기 공급은 수혜자의 의료적 필요를 충족시키지 못하고 있었다. 한 명의 다른 사람에게 전체 기증자 신체가 가는 개념은 그 당시에는 정당화하기 어려웠다. 머리 이식에 관련된 한 명 또는 두 명의 사람이 시술 후 어떤 법적 권리를 가질 것인지에 대한 기본적인 법적 문제도 2017년 기준 불분명했다.
시술의 가장 적절한 초기 형태도 2017년 기준 불분명했다. 그 당시에는 머리를 척수에 이식하는 것이 불가능했기 때문에, 유일하게 실현 가능한 시술은 머리가 기증자 몸의 혈액 공급에만 연결되어 사람을 완전히 마비시키고, 그에 따른 제한된 삶의 질과 유지에 드는 높은 사회적 비용을 수반하는 것이었다.
시술의 심리적 결과도 불분명했다. 얼굴 이식 수혜자와 그들의 사회적 관계가 적응에 어려움을 겪을지에 대한 우려가 제기되었지만, 2017년 기준 연구에서는 혼란이 최소한이었음이 밝혀졌다. 그러나 시술이 끝난 후 개인의 전체 신체가 낯선 이식은 한 번도 수행된 적이 없었으며, 생물의학 문헌에서 윤리를 논의한 몇 안 되는 문서 중 하나인 2015년에 출판된 한 저널의 편집자에게 보낸 편지에서는 시술의 결과로 정신 이상의 높은 위험을 예견했다.
카나베로의 머리 이식 계획에 대한 대중의 의견은 2017년 기준 대체로 부정적이었다. 이러한 비판의 대부분은 기술의 상태와 카나베로가 시술을 성공적으로 수행할 수 있다고 말하는 시간대에 초점을 맞추고 있다.
장기 프린팅
장기 프린팅(organ printing)은 기존의 3차원 인쇄와 유사한 기술을 사용하는데, 컴퓨터 모델이 프린터에 입력되어 플라스틱이나 왁스의 연속적인 층을 쌓아 3D 객체를 생성한다. 장기 프린팅의 경우, 프린터가 사용하는 재료는 생체 적합성 플라스틱이다. 이 생체 적합성 플라스틱은 프린팅되는 장기의 뼈대 역할을 하는 지지대를 형성한다. 플라스틱이 깔리는 동안, 프린팅되는 환자의 장기에서 채취한 인간 세포도 함께 뿌려진다. 프린팅 후, 장기는 세포가 자랄 시간을 주기 위해 배양실로 옮겨진다. 충분한 시간이 지나면 장기는 환자에게 이식된다.
많은 연구자들에게 장기 프린팅의 궁극적인 목표는 인체에 완전히 통합될 수 있는 장기를 만드는 것이다. 성공적인 장기 프린팅은 여러 산업, 특히 인공 장기 장기 이식, 제약 연구, 그리고 의사와 외과의 훈련에 상당한 영향을 미칠 잠재력을 가지고 있다.
장기 프린팅 역사
장기 프린팅 분야는 1984년에 발명된 3D 프린팅의 기반인 광조형술 분야의 연구에서 비롯되었다. 이 초기 3D 프린팅 시대에는 프린팅 과정에 사용된 재료가 내구성이 약해 오래 지속되는 물체를 만들 수 없었다. 대신 3D 프린팅은 결국 더 전통적인 기술로 다른 재료로 만들어질 잠재적인 최종 제품을 모델링하는 방법으로 사용되었다. 1990년대 초, 나노복합재가 개발되어 3D 프린팅된 물체가 더 내구성을 갖게 되었고, 3D 프린팅된 물체가 모델 이상으로 사용될 수 있게 되었다. 이 무렵 의료 분야에서 3D 프린팅을 인공 장기를 생성하는 방법으로 고려하기 시작했다. 1990년대 후반에는 의료 연구자들이 3D 프린팅에 사용될 수 있는 생체 적합성 재료를 찾고 있었다.
장기 프린팅 역사
바이오프린팅의 개념은 1988년에 처음 시연되었다. 이때 한 연구원이 수정된 HP 잉크젯 프린터를 사용하여 세포 스크라이빙 기술로 세포를 증착했다. 1999년에는 웨이크 포레스트 재생의학 연구소의 앤서니 아탈라 박사가 이끄는 과학자 팀이 바이오프린팅을 사용하여 최초의 인공 장기를 프린팅하면서 발전이 계속되었다. 웨이크 포레스트의 과학자들은 인간 방광을 위한 인공 지지대를 프린팅한 다음 환자의 세포로 지지대를 시드했다. 이 방법을 사용하여 그들은 기능하는 장기를 성장시킬 수 있었고, 이식 10년 후에도 환자는 심각한 합병증을 겪지 않았다.
장기 프린팅 역사
웨이크 포레스트에서 방광 프린팅 이후, 다른 장기를 프린팅하기 위한 진전이 이루어졌다. 2002년에는 소형의 완전 기능 콩팥이 프린팅되었다. 2003년에는 클렘슨 대학교의 토머스 볼랜드 박사가 세포 잉크젯 프린팅 사용에 대한 특허를 냈다. 이 과정은 기질에 배치된 조직화된 3D 매트릭스에 세포를 증착하기 위한 수정된 스폿팅 시스템을 활용했다. 이 프린터는 바이오프린팅 및 적합한 생체 재료에 대한 광범위한 연구를 가능하게 했다. 예를 들어, 이러한 초기 발견 이후 생물학적 구조의 3D 프린팅은 세포 매트릭스와 달리 조직 및 장기 구조의 생산을 포함하도록 더욱 발전했다. 또한 압출 바이오프린팅과 같은 더 많은 프린팅 기술이 연구되어 생산수단으로 도입되었다.
2004년에는 또 다른 새로운 바이오프린터에 의해 바이오프린팅 분야가 크게 변화했다. 이 새로운 프린터는 인공 지지대를 먼저 만들 필요 없이 살아있는 인간 세포를 사용할 수 있었다. 2009년 오르가노보는 이 새로운 기술을 사용하여 최초의 상용 바이오프린터를 만들었다. 곧 이어 오르가노보의 바이오프린터는 세포 지지대 없이 최초의 생분해성 혈관을 개발하는 데 사용되었다.
2010년대 이후에는 3D 프린팅을 통해 간과 심장판막과 같은 다른 장기와 혈액 운반 네트워크와 같은 조직을 생산하기 위한 추가 연구가 진행되었다. 2019년, 이스라엘의 과학자들은 토끼 크기의 심장을 프린팅하는 데 큰 돌파구를 마련했다. 이 심장은 자연 혈관처럼 수축할 수 있는 혈관 네트워크를 가지고 있었다. 프린팅된 심장은 실제 심장과 비교하여 정확한 해부학적 구조와 기능을 가지고 있었다. 이 돌파구는 완전한 기능을 하는 인간 장기를 프린팅할 가능성을 보여주었다. 실제로 폴란드 바르샤바 과학 연구 개발 재단의 과학자들은 바이오프린팅 기술을 사용하여 완전한 인공 췌장을 만드는 작업을 진행해왔다. 현재까지 이 과학자들은 기능하는 프로토타입을 개발할 수 있었다. 이 분야는 성장하고 있으며 많은 연구가 여전히 진행 중이다.
장기 프린팅 3차원 인쇄 기술
인공 장기 제조를 위한 3D 프린팅은 생물공학 분야에서 주요 연구 주제였다. 3D 프린팅에 수반되는 신속 제조 기술이 점점 더 효율적이게 됨에 따라 인공 장기 합성에서의 적용 가능성이 더욱 분명해졌다. 3D 프린팅의 주요 이점 중 일부는 지지대 구조를 대량 생산할 수 있는 능력과 지지대 제품의 높은 해부학적 정밀도에 있다. 이는 자연 장기 또는 조직 구조의 미세 구조를 더 효과적으로 닮은 구조물을 만들 수 있게 한다. 3D 프린팅을 사용한 장기 프린팅은 다양한 기술을 사용하여 수행될 수 있으며, 각 기술은 특정 유형의 장기 생산에 적합한 특정 이점을 제공한다.
기능성 조직으로 희생적 각인(Sacrificial writing into function tissue, SWIFT)은 인체에서 발생하는 밀도를 모방하기 위해 살아있는 세포를 조밀하게 채워 넣는 장기 프린팅 방식이다. 채워 넣는 동안 혈관을 모방하여 터널을 만들고, 이 터널을 통해 산소와 필수 영양분을 전달한다. 이 기술은 세포만 채워 넣거나 혈관만 생성하는 다른 방법들을 조합한다. SWIFT는 이 둘을 결합하여 기능하는 인공 장기를 만드는 데 연구자들을 더 가깝게 하는 개선된 방법이다.
장기 프린팅 3차원 인쇄 기술
이 장기 프린팅 방식은 공간적으로 제어되는 빛 또는 레이저를 사용하여 바이오잉크 저장소에서 선택적 광중합을 통해 2D 패턴을 층으로 형성한다. 그런 다음 2D 패턴을 사용하여 3D 구조를 층으로 구축할 수 있다. 그 후 바이오잉크는 최종 제품에서 제거된다. SLA 바이오프린팅은 복잡한 모양과 내부 구조를 만들 수 있게 한다. 이 방식의 특징 해상도는 매우 높으며, 유일한 단점은 생체 적합성 수지가 부족하다는 것이다.
드롭 기반 바이오프린팅은 지정된 재료 방울을 사용하여 세포 발달을 이루며, 이는 종종 세포주와 결합된다. 세포 자체도 고분자 유무와 관계없이 이런 방식으로 증착될 수 있다. 이러한 방법을 사용하여 고분자 지지대를 프린팅할 때, 각 방울은 기질 표면에 닿으면 중합되기 시작하고, 방울들이 합쳐지면서 더 큰 구조로 통합된다. 중합은 사용되는 고분자에 따라 다양한 방법으로 발생할 수 있다. 예를 들어, 알긴산 중합은 기질 내 칼슘 이온에 의해 시작되며, 이는 액화된 바이오잉크로 확산되어 단단한 젤이 형성되도록 한다. 드롭 기반 바이오프린팅은 효율적인 속도 때문에 일반적으로 사용된다. 그러나 이로 인해 더 복잡한 장기 구조에는 덜 적합할 수 있다.
장기 프린팅 3차원 인쇄 기술
압출 바이오프린팅은 이동식 프린트 헤드의 일종인 압출기에서 특정 프린팅 재료와 세포주를 지속적으로 증착하는 것을 포함한다. 이는 재료 또는 세포 증착에 있어 더 통제되고 부드러운 과정이 되는 경향이 있으며, 3D 조직 또는 장기 구조 개발에 더 큰 세포 밀도를 사용할 수 있게 한다. 그러나 이러한 이점은 이 절차에 수반되는 더 느린 프린팅 속도에 의해 상쇄된다. 압출 바이오프린팅은 UV 빛과 결합되어 프린팅된 재료를 광중합하여 더 안정적이고 통합된 구조를 만든다.
장기 프린팅 3차원 인쇄 기술
용융 증착 모델링 (FDM)은 선택적 레이저 소결에 비해 더 일반적이고 저렴하다. 이 프린터는 잉크젯 프린터와 유사한 구조의 프린트 헤드를 사용하지만, 잉크는 사용하지 않는다. 플라스틱 비드가 고온으로 가열되어 프린트 헤드가 이동하면서 방출되어 얇은 층으로 물체를 구축한다. FDM 프린터에는 다양한 플라스틱을 사용할 수 있다. 또한, FDM으로 프린팅되는 부품 대부분은 일반적으로 전통적인 사출 성형 또는 기계 가공 기술에 사용되는 것과 동일한 열가소성 플라스틱으로 구성된다. 이로 인해 이러한 부품은 유사한 내구성, 기계적 특성 및 안정성 특성을 갖는다. 정밀 제어는 각 층에 대해 일관된 방출량과 특정 위치 증착을 허용하여 형태에 기여한다. 가열된 플라스틱이 프린트 헤드에서 증착될 때, 아래 층과 융합되거나 결합된다. 각 층이 냉각되면 경화되고 점차적으로 더 많은 층이 구조에 기여함에 따라 생성될 의도된 고체 형태를 취한다.
선택적 레이저 소결 (SLS)은 분말 재료를 새 물체를 프린팅하기 위한 기판으로 사용한다. SLS는 금속, 플라스틱, 세라믹 물체를 만드는 데 사용할 수 있다. 이 기술은 컴퓨터로 제어되는 레이저를 전원으로 사용하여 분말 재료를 소결한다. 레이저는 분말에서 원하는 물체의 모양의 단면을 추적하여 고체 형태로 융합한다. 그런 다음 새로운 분말 층이 깔리고 이 과정이 반복되어 새로운 분말을 적용할 때마다 각 층을 하나씩 구축하여 물체 전체를 형성한다. SLS 프린팅의 장점 중 하나는 물체가 프린팅된 후 샌딩과 같은 추가적인 도구가 거의 필요 없다는 것이다. SLS를 사용한 장기 프린팅의 최근 발전에는 두개골 안면 임플란트의 3D 구조물과 심장 조직 공학용 지지대가 포함된다.
장기 프린팅 프린팅 재료
프린팅 재료는 광범위한 기준을 충족해야 하며, 그 중 가장 중요한 것은 생체 적합성이다. 3D 프린팅 재료로 형성된 결과 지지대는 세포 증식에 물리적 및 화학적으로 적합해야 한다. 생분해성은 또 다른 중요한 요소이며, 성공적인 이식 후 인공적으로 형성된 구조가 분해되어 완전히 자연적인 세포 구조로 대체될 수 있도록 보장한다. 3D 프린팅의 특성상 사용되는 재료는 사용자 정의 및 적응이 가능해야 하며, 다양한 세포 유형 및 구조적 형태에 적합해야 한다.
장기 프린팅 프린팅 재료
3D 프린팅용 재료는 일반적으로 세포 접착 분자가 통합된 알긴산 또는 피브린 중합체로 구성되며, 이는 세포의 물리적 부착을 지원한다. 이러한 중합체는 구조적 안정성을 유지하고 세포 통합에 반응하도록 특별히 설계되었다. 바이오잉크라는 용어는 3D 바이오프린팅과 호환되는 재료를 광범위하게 분류하는 데 사용되었다. 하이드로겔 알긴산은 장기 프린팅 연구에서 가장 일반적으로 사용되는 재료 중 하나로 부상했는데, 이는 높은 맞춤화 가능성 때문에 천연 조직의 특정 기계적 및 생물학적 특성을 시뮬레이션하도록 미세 조정될 수 있기 때문이다. 하이드로겔을 특정 요구 사항에 맞게 조정할 수 있는 능력은 다양한 조직 또는 장기 구조 및 생리학적 조건에 적합한 적응성 지지대 재료로 사용될 수 있도록 한다. 알긴산 사용의 주요 과제는 안정성과 느린 분해이며, 이는 인공 젤 지지대가 분해되어 이식된 세포의 자체 세포외기질로 대체되는 것을 어렵게 만든다. 압출 프린팅에 적합한 알긴산 하이드로겔은 구조적으로나 기계적으로도 덜 견고한 경우가 많다. 그러나 이 문제는 더 큰 안정성을 제공하기 위해 나노셀룰로오스와 같은 다른 생체고분자를 통합함으로써 중재될 수 있다. 알긴산 또는 혼합 고분자 바이오잉크의 특성은 조정 가능하며, 다양한 응용 분야 및 장기 유형에 맞게 변경될 수 있다.
장기 프린팅 프린팅 재료
조직 및 3D 장기 프린팅에 사용된 다른 천연 중합체로는 키토산, 수산화인회석 (HA), 아교질, 그리고 젤라틴이 있다. 젤라틴은 열에 민감한 중합체로 우수한 용해도, 생분해성, 생체 적합성, 그리고 낮은 면역학적 이식거부반응 특성을 나타낸다. 이러한 특성은 3D 바이오프린팅된 장기가 생체 내에 이식될 때 높은 수용성을 가져오는 데 유리하다.
장기 프린팅 프린팅 재료
합성 중합체는 단량체의 화학 반응을 통해 인공적으로 만들어진다. 이들의 기계적 특성은 요구 사항에 따라 분자량을 낮게 또는 높게 조절할 수 있다는 점에서 유리하다. 그러나 기능성 그룹과 구조적 복잡성의 부족으로 인해 장기 프린팅에서의 사용이 제한되었다. 우수한 3D 프린팅 가능성과 생체 내 조직 적합성을 가진 현재의 합성 중합체에는 폴리에틸렌 글리콜 (PEG), 폴리(젖산-글리콜산) (PLGA), 그리고 폴리우레탄 (PU)이 포함된다. PEG는 3D 바이오프린팅에 사용하기 위한 조정 가능한 기계적 특성을 가진 생체 적합성, 비면역원성 합성 폴리에테르이다. PEG는 다양한 3D 프린팅 응용 분야에 활용되었지만, 세포 접착 도메인의 부족으로 장기 프린팅에서의 추가 사용이 제한되었다. PLGA는 동물, 인간, 식물 및 미생물과 같은 살아있는 생물체에서 널리 알려진 합성 공중합체이다. PLGA는 PLGA-젤라틴, PLGA-콜라겐을 포함한 다양한 재료 시스템을 만드는 데 다른 중합체와 함께 사용되며, 이들은 재료의 기계적 특성을 향상시키고, 생체 내에 배치될 때 생체 적합하며, 조정 가능한 생분해성을 가진다. PLGA는 뼈, 간, 및 기타 대형 장기 재생 노력에 프린팅된 구조물에 가장 자주 사용되었다. 마지막으로, PU는 생분해성 또는 비생분해성 두 그룹으로 분류될 수 있다는 점에서 독특하다. 이는 우수한 기계적 및 생체 비활성 특성으로 인해 바이오프린팅 분야에서 사용되어 왔다. PU의 응용 분야로는 무생물 인공 심장이 있겠지만, 기존의 3D 바이오프린터로는 이 중합체를 프린팅할 수 없다. PEG와 폴리카프로락톤 (PCL) 단량체로 구성된 새로운 탄성체 PU가 만들어졌다. 이 새로운 재료는 복잡한 생체 인공 장기 프린팅 및 제조에 사용하기 위한 우수한 생체 적합성, 생분해성, 바이오프린팅 가능성 및 생체 안정성을 나타낸다. 높은 혈관 및 신경 네트워크 구성으로 인해 이 재료는 뇌, 심장, 허파, 콩팥과 같은 다양한 복잡한 방식으로 장기 프린팅에 적용될 수 있다.
장기 프린팅 프린팅 재료
위에 설명된 모든 고분자들은 맞춤형 장기 복원, 약물 스크리닝 및 물질대사 모델 분석을 포함하되 이에 국한되지 않는 목적으로 이식 가능한 생체 인공 장기로 제조될 잠재력을 가지고 있다.
완전한 장기 생성은 종종 다양한 세포 유형을 독특하고 패턴화된 방식으로 통합하는 것을 필요로 한다. 전통적인 장기 이식과 비교하여 3D 프린팅된 장기의 한 가지 장점은 환자로부터 유래한 세포를 사용하여 새로운 장기를 만들 수 있는 잠재력이다. 이는 이식 거부 반응의 가능성을 현저히 줄이고, 이식 후 면역 억제제가 필요하지 않게 하여 이식의 건강 위험을 줄일 수 있다. 그러나 필요한 모든 세포 유형을 항상 수집할 수 있는 것은 아니므로, 성체줄기세포를 수집하거나 수집된 조직에서 다능성을 유도해야 할 수도 있다. 이는 자원 집약적인 세포 생장 및 분화를 수반하며, 프린팅된 장기 내 세포 증식이 체외에서 발생하고 성장 인자의 외부 적용을 필요로 하므로 자체적인 잠재적 건강 위험을 수반한다. 그러나 일부 조직이 분화된 구조로 자가 조직화할 수 있는 능력은 조직을 동시에 구성하고 다른 세포 집단을 형성하는 방법을 제공하여 장기 프린팅의 효능과 기능을 향상시킬 수 있다.
장기 프린팅 프린터 유형 및 공정
장기 프린팅에 사용되는 프린터 유형은 다음과 같다:
이러한 프린터는 이전에 설명된 방법에서 사용된다. 각 프린터는 다른 재료를 필요로 하며 고유한 장점과 한계를 가지고 있다.
장기 프린팅 응용 분야
현재 장기 부전 환자의 유일한 치료법은 살아있는 기증자 또는 최근 사망한 기증자로부터의 이식을 기다리는 것이다. 미국에서만 10만 명 이상의 환자가 기증 장기를 기다리며 장기 이식 대기자 명단에 올라 있다. 기증자 명단에 있는 환자는 적합한 장기를 구할 때까지 며칠, 몇 주, 몇 달, 심지어 몇 년을 기다릴 수 있다. 일부 일반적인 장기 이식의 평균 대기 시간은 다음과 같다: 심장 또는 폐는 4개월, 간은 11개월, 췌장은 2년, 콩팥은 5년. 이는 환자가 심장을 위해 5주만 기다릴 수 있었던 1990년대에 비해 상당히 증가한 것이다. 이러한 긴 대기 시간은 장기 부족과 수혜자에게 적합한 장기를 찾아야 하는 요구 사항 때문이다. 장기는 혈액형, 기증자와 수혜자 간의 유사한 신체 크기, 환자의 의료 상태의 심각성, 환자가 장기를 기다린 시간, 환자의 가용성(예: 환자에게 연락할 수 있는지 여부, 환자에게 감염이 있는지 여부), 환자와 기증자의 근접성, 그리고 기증 장기의 생존 시간과 같은 요소를 기반으로 환자에게 적합하다고 판단된다. 미국에서는 매일 20명이 장기를 기다리다가 사망한다. 3D 장기 프린팅은 이 두 가지 문제를 모두 해결할 잠재력을 가지고 있다. 필요할 때마다 장기를 프린팅할 수 있다면 부족 문제는 없을 것이다. 또한, 환자 자신의 세포로 프린팅된 장기를 시드하면 호환성을 위해 기증 장기를 스크리닝할 필요가 없어질 것이다.
장기 프린팅 응용 분야
3D 프린팅의 외과적 사용은 수술 기구 인쇄에서 전체 관절 교체, 치과 임플란트 및 보청기를 위한 환자 맞춤형 기술 개발로 발전했다. 장기 프린팅 분야에서는 환자와 외과의사를 위한 응용이 가능하다. 예를 들어, 프린팅된 장기는 해부학을 더 잘 이해하고 환자와 치료 계획을 논의하기 위해 구조와 손상을 모델링하는 데 사용되었다. 이러한 경우, 장기의 기능성은 필요하지 않으며 개념 증명으로 사용된다. 이러한 모델 장기는 수술 기술 개선, 미숙련 외과의 훈련, 환자 맞춤형 치료로의 발전을 제공한다.
3D 장기 프린팅 기술은 높은 재현성으로 고도의 복잡성을 빠르고 비용 효율적인 방식으로 제작할 수 있게 한다. 3D 프린팅은 제약 연구 및 제조에 사용되어, 방울 크기 및 용량의 정밀 제어, 맞춤의학, 복잡한 약물 방출 프로파일 생산을 허용하는 혁신적인 시스템을 제공한다. 이 기술은 이식 가능한 약물 전달 장치를 요구하며, 여기서 약물은 3D 프린팅된 장기에 주입되어 생체 내에서 방출된다. 또한, 장기 프린팅은 생체 외 테스트를 위한 혁신적인 도구로 사용되어 왔다. 프린팅된 장기는 약물 방출 요인에 대한 발견 및 용량 연구에 활용될 수 있다.
장기 프린팅 응용 분야
장기 프린팅 기술은 미세유체역학 기술과 결합하여 장기-온-어-칩을 개발할 수도 있다. 이러한 장기-온-어-칩은 질병 모델에 사용될 잠재력이 있으며, 약물 발견 및 고속대량 스크리닝에 도움을 줄 수 있다. 장기-온-어-칩은 자연적인 세포외기질을 모방하는 3D 모델을 제공함으로써 약물에 대한 현실적인 반응을 보여줄 수 있다. 지금까지 연구는 간-온-어-칩과 심장-온-어-칩 개발에 중점을 두었지만, 전체 신체-온-어-칩 모델을 개발할 잠재력도 존재한다.
장기 프린팅 응용 분야
3D 프린팅된 장기를 결합하여 연구자들은 신체-온-어-칩을 만들 수 있다. 심장-온-어-칩 모델은 이미 독소루비신과 같은 화학 요법 약물과 같이 심박수 기반의 부정적인 부작용이 있는 여러 약물이 개인에게 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 조사하는 데 사용되었다. 새로운 신체-온-어-칩 플랫폼에는 간, 심장, 폐, 그리고 콩팥-온-어-칩이 포함된다. 장기-온-어-칩은 개별적으로 프린팅되거나 구성된 후 통합된다. 이 플랫폼을 사용하여 약물 독성 연구가 고속 처리 방식으로 수행되어 약물 발견 파이프라인의 비용을 절감하고 효율성을 높인다.
장기 프린팅 법적 및 안전 문제
3D 프린팅 기술은 제품 제조라는 전반적인 목표를 위해 다양한 산업에서 사용되어 왔다. 반면, 장기 프린팅은 장기 이식을 위한 치료적 응용을 개발하기 위해 생물학적 구성 요소를 활용하는 새로운 산업이다. 이 분야에 대한 관심이 증가함에 따라 규제 및 윤리적 고려 사항이 절실히 확립되어야 한다. 특히, 이 치료 방법은 전임상 단계부터 임상 적용까지 법적 합병증이 발생할 수 있다.
장기 프린팅 법적 및 안전 문제
현재 미국의 장기 매칭 규제는 1984년 국립장기이식법이 통과된 후 전국 장기 기증자 등록을 중심으로 이루어지고 있다. 이 법은 공정하고 정직한 분배를 보장하기 위해 제정되었지만, 장기 이식에 대한 엄청난 수요로 인해 불충분하다는 것이 입증되었다. 장기 프린팅은 환자 맞춤형 장기 대체물을 프린팅함으로써 공급과 수요의 불균형을 줄이는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 규제 없이는 불가능하다. 미국 식품의약국 (FDA)은 미국에서 생물학적 제제, 의료기기 및 의약품을 규제할 책임이 있다. 이 치료 접근법의 복잡성으로 인해 장기 프린팅이 어떤 스펙트럼에 속하는지는 아직 확인되지 않았다. 연구에서는 프린팅된 장기를 다기능 복합 제품으로 특징지었으며, 이는 FDA의 생물학적 제제 및 의료기기 부문 사이에 속한다는 것을 의미한다. 이는 검토 및 승인 과정이 더 광범위해진다. 2016년에 FDA는 적층 제조 장치에 대한 기술적 고려 사항에 대한 초안 지침을 발표했으며 현재 3D 프린팅 장치에 대한 새로운 제출을 평가하고 있다. 그러나 기술 자체는 FDA가 직접 주류화하기에 충분히 발전되지 않았다. 현재 3D 프린터(완제품이 아님)가 개인 맞춤형 치료 접근법을 위한 기술 표준화를 위해 안전성 및 효능 평가의 주요 초점이다. 전 세계적으로는 한국과 일본의 의료기기 규제 당국만이 3D 바이오프린팅에 적용 가능한 지침을 제공했다.
장기 프린팅 법적 및 안전 문제
지적 재산권 및 소유권에 대한 우려도 있다. 이는 복제, 제조 품질 관리 및 블랙 마켓에서의 무단 사용과 같은 더 중요한 문제에 큰 영향을 미칠 수 있다. 이러한 고려 사항은 재료 및 제조 공정에 더 중점을 두며, 3D 프린팅의 법적 측면 하위 섹션에서 더 자세히 설명되어 있다.
윤리적 관점에서 볼 때, 장기 프린팅 기술의 가용성, 세포 공급원, 그리고 대중의 기대에 대한 우려가 있다. 이 접근 방식이 전통적인 수술적 이식보다 비용이 적게 들 수 있지만, 이러한 3D 프린팅된 장기의 사회적 가용성에 대해서는 회의적인 시각이 있다. 현대 연구에 따르면 부유한 인구가 이 치료법에 접근할 수 있는 사회적 계층화 가능성이 있으며, 일반 대중은 장기 등록 목록에 남아 있게 될 수 있다고 밝혀졌다. 이전에 언급된 세포 공급원도 고려해야 한다. 장기 프린팅은 동물 연구 및 시험을 줄이거나 제거할 수 있지만, 자가 및 동종 공급원의 윤리적 함의에 대한 질문도 제기한다. 더 구체적으로, 연구들은 실험적 테스트를 받는 인간의 미래 위험을 검토하기 시작했다. 일반적으로 이 응용 분야는 사회적, 문화적, 종교적 차이를 야기할 수 있어 전 세계적인 통합 및 규제를 더욱 어렵게 만든다. 전반적으로 장기 프린팅의 윤리적 고려 사항은 일반적인 바이오프린팅 윤리와 유사하지만, 조직에서 장기로 외삽된 것이다. 요컨대, 장기 프린팅은 주류 생산이 가능해지기 전에 고려해야 할 단기 및 장기적인 법적 및 윤리적 결과를 가지고 있다.
장기 프린팅 영향
의료 응용을 위한 장기 프린팅은 아직 개발 단계에 있다. 따라서 장기 프린팅의 장기적인 영향은 아직 결정되지 않았다. 연구자들은 장기 프린팅이 장기 이식 부족을 줄일 수 있기를 희망한다. 현재 간, 콩팥, 폐를 포함한 장기 부족 현상이 심각하다. 생명을 살리는 장기를 받기 위한 긴 대기 시간은 미국에서 사망의 주요 원인 중 하나이며, 매년 미국에서 발생하는 사망자의 거의 3분의 1이 장기 이식으로 지연되거나 예방될 수 있다. 현재 3D 바이오프린팅되어 인간에게 성공적으로 이식된 유일한 장기는 방광이다. 방광은 숙주의 방광 조직으로 형성되었다. 연구자들은 3D 프린팅된 장기의 잠재적인 긍정적 영향으로 수혜자에게 장기를 맞춤화할 수 있는 능력을 제안했다. 장기 수혜자의 숙주 세포를 사용하여 장기를 합성하는 기술의 발전은 장기 거부 반응의 위험을 줄인다.
장기 프린팅 영향
장기를 프린팅할 수 있는 능력은 동물 실험에 대한 수요를 감소시켰다. 동물 실험은 화장품에서 의료 기기에 이르는 제품의 안전성을 결정하는 데 사용된다. 화장품 회사들은 이미 피부에 새로운 제품을 테스트하기 위해 더 작은 조직 모델을 사용하고 있다. 3D 프린팅 피부를 만들 수 있는 능력은 화장품 테스트를 위한 동물 실험의 필요성을 줄인다. 또한, 새로운 약물의 안전성과 효능을 테스트하기 위해 인간 장기 모델을 프린팅할 수 있는 능력은 동물 실험의 필요성을 더욱 줄인다. 하버드 대학교의 연구자들은 약물 안전성이 폐의 작은 조직 모델에서 정확하게 테스트될 수 있다는 것을 밝혀냈다. 2009년에 초기 상업용 바이오프린터 중 하나를 설계한 Organovo사는 생분해성 3D 조직 모델이 암 치료를 포함한 신약 연구 및 개발에 사용될 수 있음을 보여주었다. 장기 프린팅의 추가적인 영향에는 조직 모델을 신속하게 생성할 수 있는 능력이 포함되어 생산성을 증가시킨다.
장기 프린팅 과제
3D 프린팅 장기의 과제 중 하나는 장기를 살아있게 유지하는 데 필요한 혈관 구조를 재현하는 것이다. 정확한 혈관 구조를 설계하는 것은 영양분, 산소 및 노폐물의 운반에 필수적이다. 혈관, 특히 모세혈관은 직경이 작기 때문에 어렵다. 이 분야에서는 라이스 대학교에서 진전이 있었는데, 연구자들이 생체 적합성 하이드로겔에 혈관을 만드는 3D 프린터를 설계하고 혈액에 산소를 공급할 수 있는 폐 모델을 설계했다. 그러나 이 기술과 함께 장기의 다른 미세한 세부 사항을 복제하는 데 따른 과제가 따른다. 기도, 혈관 및 담관의 얽힌 네트워크와 장기의 복잡한 기하학을 복제하는 것은 어렵다.
장기 프린팅 분야가 직면한 과제는 다혈관화 및 복잡한 기하학 문제를 해결하기 위한 기술 연구 개발을 넘어선다. 장기 프린팅이 널리 보급되기 전에 지속 가능한 세포 공급원을 찾아야 하며 대규모 제조 공정을 개발해야 한다. 추가적인 과제에는 합성 장기의 장기 생존 가능성 및 생체 적합성을 테스트하기 위한 임상 시험 설계가 포함된다. 장기 프린팅 분야에서 많은 발전이 이루어졌지만, 더 많은 연구가 수행되어야 한다.
바이러스 치료
바이러스 치료(Virotherapy, 바이로테라피)는 생명공학기술을 이용하여 바이러스를 재프로그래밍하여 질병을 치료하는 치료제로, 바이러스를 치료제로 전환하는 것을 말한다. 바이러스 치료에는 세 가지 주요 분야가 있다: 항암 종양 용해 바이러스, 유전자 치료를 위한 바이러스 매개체, 바이러스 면역요법. 이 분야들은 유전자 과발현, 유전자 녹아웃, 그리고 자살 유전자 전달의 세 가지 다른 치료 방법을 사용한다. 유전자 과발현은 필요한 유전자 발현 수준이 낮거나 없는 것을 보상하는 유전적 서열을 추가한다. 유전자 녹아웃은 RNA 방법을 사용하여 질병을 유발하는 유전자의 발현을 억제하거나 감소시킨다. 자살 유전자 전달은 세포에서 세포자멸사 반응을 유도하는 유전적 서열을 도입하며, 주로 암성 성장을 죽이는 데 사용된다. 약간 다른 맥락에서, 바이러스 치료는 병원체를 죽임으로써 특정 의학적 상태를 치료하기 위한 바이러스 사용을 더 광범위하게 지칭할 수도 있다.
바이러스 치료 역사
메모리얼 슬론 케터링 암센터의 연구원인 체스터 M. 사우스햄은 암 치료를 위한 잠재적인 바이러스 연구의 선구자였다.
바이러스 치료 종양 용해 바이러스 치료
종양 용해 바이러스 치료는 새로운 아이디어가 아니다. 이미 1950년대 중반 의사들은 관련 없는 바이러스 감염을 겪었거나 최근에 백신 접종을 받은 암 환자들이 호전되는 징후를 보인다는 것을 알아챘다. 이는 바이러스 감염에 대한 반응으로 인터페론과 괴사 인자의 생성이 원인이라고 널리 알려져 있지만, 종양 용해 바이러스는 암세포만을 선택적으로 표적하고 용해하도록 설계되고 있다.
1940년대와 1950년대에는 종양 치료에 바이러스를 사용하는 것을 평가하기 위해 동물 모델에서 연구가 수행되었다. 1940년대-1950년대에 종양 용해 바이러스를 이용한 최초의 인체 임상시험이 시작되었다.