살아있는 세포에 3D 프린팅기술 접목···인공장기 이식 첫 성공

■김성원 서울성모병원 교수 공동연구팀
난치성 기관 결손 환자에 인공기관 이식
3D 바이오프린팅 기술 접목해 복원 성공

의료진이 동종 성체줄기세포 기반 3D 바이오프린팅 인공 기관 이식 수술을 진행하고 있다. 사진 제공=가톨릭중앙의료원

[서울경제]

다른 사람의 성체줄기세포를 활용해 3차원(3D) 바이오프린팅 기술로 만든 인공 기관(trachea)을 이식한 세계 첫 사례가 국내에서 나왔다.

가톨릭대 서울성모병원 김성원 이비인후과 교수와 갑상선내분비외과 배자성 교수는 이진우 가천대 교수, 티앤알바이오팹(246710)과 난치성 기관 결손 환자를 위한 맞춤형 3D 바이오프린팅 인공 기관을 개발하고 성공적으로 이식했다고 7일 밝혔다.

기도의 제일 윗부분에 위치한 기관은 목에서 흉부까지 연결된 튜브 형태의 구조물이다. 공기의 유입과 유출이 이뤄질 뿐만 아니라 기관지 속 분비물을 배출하는 통로로서 중요한 역할을 담당한다. 다만 선천적 기형이 있거나 외상, 두경부암 등으로 좁아지거나 손상될 경우 이전 상태로 완벽히 복원하는 데 어려움이 많았다.

김 교수팀은 이러한 난치성 기관 결손 환자들을 위해 타인의 성체줄기세포와 생체재료 및 정밀 공학기술을 접목한 세계 최초의 첨단바이오융복합제제인 ‘사람 신경능 유래 코 줄기세포 기반 바이오잉크를 활용한 3D 바이오프린팅 호흡기도 재생 임상 실용화 연구’를 진행했다. 외형이 유사한 인체 장기 모사체 등을 이용하는 기존 3D 프린팅과 달리 살아있는 세포를 실제 장기 및 조직의 구조와 유사하게 프린팅해 환자 이식용 인공 기관을 제작하고 환자에게 이식한 것이다. 연구팀은 코막힘 증상을 치료하기 위해 주로 시행되는 ‘코 하비갑개 수술’ 과정에서 폐기되는 인체 조직을 재활용해 새로운 기능성 성체줄기세포 공급원으로 사용했다. 초자연골 재생을 위한 연골세포 역시 코중격 수술 과정에서 폐기되는 인체 연골조직에서 분리 배양한 것이다.

연구팀은 작년 8월 인공 기관을 이식 받은 환자를 6개월간 추적 관찰한 결과 생착이 성공적으로 이뤄졌음을 확인했다. 이번 첨단재생의료 임상 연구는 2003년에 시작한 사람 신경능 유래 코 줄기세포의 분리·배양 및 분화능 등의 특성 연구에 기반한다. 2014년 보건복지부 및 한국보건산업진흥원에서 지원하는 첨단의료기술개발사업을 통해 서울성모병원과 가천대, 포스텍, 티앤알바이오팹 공동연구팀이 정부의 지원을 받아 연구를 수행했다. 줄기세포 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 외에 이비인후과·외과 전문의가 약 20년간 긴밀하게 협력한 결과 성공할 수 있었다는 평가다.

김 교수는 “살아있는 타인의 성체줄기세포를 실제 3D 세포 프린팅하는 바이오프린팅 정밀공학기술을 적용해 개발된 세계 최초의 인공 인체 장기 이식의 임상시험이 성공한 첫 사례"라며 “추가로 진행될 각종 난치성 질환에 대한 첨단바이오의약품 개발 과정에서 큰 역할을 할 것”이라고 말했다.

안경진 의료전문기자 realglasses@sedaily.com