3D프린터로 만든 뼈, 이식 길 열렸다

인사이드 스토리

성균관대 김근형 교수팀 실험 성공
임상 거치면 5년내 사람에게도 적용
간·심장 등 장기 연구도 본격화

경기 수원시에 있는 성균관대 생명공학대학 연구실 직원이 바이오프린팅 준비를 하고 있다. 조미현 기자

살아 있는 뼈나 장기(臟器) 등 인체 조직을 3차원(3D)프린터로 만드는 ‘바이오프린팅’(세포 프린팅) 연구가 국내에서도 가시적인 성과를 내고 있다. 국내 연구진이 최근 3D프린터로 찍어낸 뼈를 동물에 이식하는 데 성공했다. 임상시험을 거치면 5년 안에 사람에게 적용할 수 있을 것이란 전망이 나오고 있다.

○바이오프린팅 연구 활발

김근형 성균관대 바이오메카트로닉스학과 교수팀은 기존 방식인 ‘세포를 담체(체내 이식 물질)에 직접 주입한 뼈 조직’과 ‘3D프린터로 만든 뼈 조직’을 기니피그(실험용 쥐) 귀 뒤쪽에 이식해 비교하는 실험을 했다. 전남대 의과대학과 함께 진행한 이 실험에서 3D프린터로 만든 뼈 조직이 기존 방식에 비해 세 배 이상 뼈가 잘 생성된 것으로 확인됐다.

김 교수는 “3D프린터로 만든 뼈 조직을 이식한 기니피그 체내에서 뼈가 정상적으로 재생되는 것을 확인했다”며 “이르면 다음달께 이 동물실험 결과를 바이오머티어리얼스 등 해외 저널에 발표할 계획”이라고 말했다. 그는 “바이오프린팅을 사람에게 직접 적용할 수 있는 길이 열린 셈”이라며 “앞으로 뼈가 녹는 만성 중이염을 앓거나 뼈에 암이 전이된 환자 등에게 이 기술이 도움이 될 것으로 기대한다”고 설명했다. 김 교수팀은 바이오기업과 손잡고 임상시험을 체계적으로 진행할 계획이다.

조동우 포스텍 기계공학과 교수와 이종원 가톨릭대 의과대학 성형외과 교수, 한국산업기술대 기계공학과 심진형 박사 등으로 구성된 연구팀은 최근 콜라겐 등 체내에 들어가도 문제가 없는 생체적합성 물질 없이 세포만으로 구성된 바이오잉크를 개발했다고 발표했다. 기존 바이오잉크는 생체적합성 물질과 체내 세포를 융합해 만든다. 반면 조 교수팀이 개발한 바이오잉크는 바이오프린팅을 하면 세포조직이 보다 활발하게 생성되는 것으로 연구 결과 밝혀졌다. 이 결과는 최근 영국 학술지 네이처 커뮤니케이션에 실렸다.

○기증자 없이도 장기이식 가능

뼈나 장기 등 인체 조직을 배양할 때 생기는 가장 큰 문제는 ‘세포가 몸 밖 환경에서 쉽게 죽는다’는 점이다. 여러 세포를 한꺼번에 제어하는 것도 쉽지 않다. 이런 단점을 해결할 수 있는 방식이 바이오프린팅이다. 재료와 환경을 기계적으로 통제할 수 있기 때문에 3D프린터로 만든 인체 조직은 체내 적응이 빠르고 부작용도 줄일 수 있다. 장기 기증자를 기다리지 않아도 된다는 것도 장점이다.

미국 오가노보사는 3D프린터로 만든 간 조직이 40일 동안 기능을 잃지 않고 살았다고 지난해 발표했다. 이 회사는 올해 안에 완전한 기능을 하는 간 조직을 연구용으로 선보일 예정이다.

미국 대학들도 바이오프린팅 연구를 하고 있다. 하버드대는 혈관, 프린스턴대는 귀를 3D프린터로 배양하는 연구를 진행 중이다. 한국에서는 성균관대와 포스텍, 한국기계연구원 등이 관련 기술과 재료, 장비를 개발 중이다.

○상용화 시기는

현재 3D 바이오프린팅 기술은 인체의 일부 세포 조직을 만드는 수준이다. 살아 있는 심장이나 간 같은 장기 전체를 3D프린터로 만드는 것은 현재 불가능하다.

하지만 작은 세포 조직이라도 체내에 이식해 재생시키면 질병 치유나 수명 연장에 획기적인 도움이 될 것이라는 게 의료계의 예상이다. 3D프린터로 만든 생체 조직을 의약품 임상에 쓰면 수백억원에서 수조원에 이르는 의약품 개발 비용도 줄일 수 있다. 의약품 자체를 바이오프린팅할 가능성도 생긴다.

현재 의료계에서 3D프린터는 보청기나 지지대 등 의료기기를 만들거나 컴퓨터단층촬영(CT)으로 정확하게 파악하기 힘든 수술 부위를 모형으로 만드는 데 쓰이는 등 보조 수단으로만 활용되고 있다.

■ 바이오프린팅

체내 세포를 함유한 ‘바이오잉크’를 3D프린터로 층층이 쌓아 세포 구조체를 만드는 것을 말한다. 바이오잉크는 콜라겐 등 체내에 들어가도 문제가 없는 생체적합성 물질과 피부세포, 조골세포(뼈세포), 간세포 등 인체 조직에 있는 세포를 추출해 융합한 액체 형태의 재료다. 자신의 몸에서 채취한 세포를 활용하기 때문에 ‘맞춤형 장기이식’이 가능하다.

조미현 기자 mwise@hankyung.com