살아 있는 성체줄기세포로 만든 3D 프린팅 ‘인공 기관’ 이식 성공

김성원 가톨릭대 의대 교수 연구진, 난치성 기관 결손 환자용 맞춤 3D 바이오프린팅 인공 기관 개발해 이식 성공

가톨릭대 연구진이 살아 있는 세포로 3D 프린팅해 만든 인공 기관을 환자에게 이식하는 수술 모습./가톨릭중앙의료원

국내 연구진이 다른 사람의 살아 있는 성체줄기세포를 3D 바이오프린팅으로 ‘인공 기관’을 찍어내 이식하는 데 성공했다. 기관은 기도의 가장 윗부분에 있는 호흡기관으로 기존 수술법으로는 완벽히 복원하기가 불가능했다. 이번 연구 성과는 살아 있는 세포를 이용해 기관을 환자 맞춤형으로 거의 완벽하게 복원할 수 있다는 평이다.

가톨릭중앙의료원은 김성원 가톨릭대 서울성모병원 이비인후과 교수 연구진이 지난해 8월 동종 성체줄기세포를 기반으로 한 난치성 기관 결손 환자용 맞춤형 3D 바이오프린팅 인공 기관을 이식해, 6개월간 추적 관찰한 결과 이상 없음을 확인했다고 7일 밝혔다. 연구진은 포스텍과 국내 생분해성의료제재 생산업체인 티앤알바이오팹 등과 함께 2003년부터 사람 신경능 유래 코 줄기세포의 분리·배양·분화능 특성 연구를 해왔다. 20년 만에 환자 맞춤형 3D 바이오프린팅으로 기관을 만들어 실제로 이식 치료한 셈이다.

갑상선암이나 두경부암, 선천적 기형, 외상 등으로 기관이 좁아지거나 손상될 수 있다. 기존 기관 복원 수술은 매우 복잡하고 위험한데다, 기관을 원래 모습으로 완벽하게 되돌려놓기가 불가능하다. 이번 연구성과는 살아 있는 사람의 세포를 실제 기관의 구조와 유사하게 프린팅해 환자 맞춤형으로 원래 모습을 복원하는 기술이다.

연구진은 코막힘 증상을 치료하는 ‘코 하비갑개 수술’ 후 폐기되는 조직으로부터 성체줄기세포와 연골세포를 얻고, 분리배양했다. 그리고 서울대교구 가톨릭세포치료사업단 서울성모병원 바이오의약품 GMP 세포생산실에서 엄격한 바이오의약품 품질관리 공정을 통해 실제 성체 줄기세포와 연골세포를 바이오 프린팅해 3차원 맞춤형 인공 기관을 제작했다.

의료원은 성체줄기세포를 연구하는 연구진과 생체재료 전문 연구진, 정밀한 3D 프린팅 가공 기술을 보유한 공학자, 새로운 첨단바이오의약품의 임상 실용화 과정에 특화된 규제과학 연구진, 첨단바이오의약품의 GMP(우수의약품제조관리기준) 공정과 품질관리 전문 연구진, 실제 환자의 진료와 수술을 담당하는 이비인후과와 외과 전문의 등 다학제간 협력 연구 덕분에 이러한 성과를 낼 수 있었다고 밝혔다.

연구진은 동종 성체줄기세포를 활용한 인공 기관 이식을 위해 2021년 3월 식품의약품안전처의 연구자주도 임상시험계획서(IND)를 승인받았고, 다음 해 1월 첨단재생의료 임상연구로 승인받았다.

김성원 교수는 “이번 연구 성과는 세계 최초로 살아있는 성체줄기세포를 실제 3D 세포 프린팅 기술로 인공 기관을 만들어 이식에 성공한 사례”라며 “향후 추가로 진행될 각종 난치성 질환에 대한 첨단바이오의약품의 개발 과정에서도 큰 역할을 할 것”이라고 기대했다.

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