3D프린팅과 기관 재건술 

몇 해 전 방송되어 전국민을 안타깝게 했던 '해나의 기적'은 기관무형성증(tracheal agenesis)으로 인해 기관지 없이 태어난 세 살 해나가 질병과 싸우는 눈물겨운 장면들을 담은 다큐멘터리였다. 하지만 방송 이후 끝내 해나가 사망, 함께 기적을 바랬던 많은 시청자들이 눈물을 쏟았다. 비록 실패했지만 해나에게 시도되었던 방법이 조직공학적 기관재건 수술이었다. 조직공학(Tissue engineering)은 기능을 상실한 인체를 대체하거나 복원하기 위해 인공대체품을 개발하기 위한 학문이다. 기존의 약물치료나 수술적 치료로는 해결될 수 없는 손상된 조직이나 기능을 잃은 장기를 다양한 의학-생명과학-공학적인 방법을 이용하여 재생시키는 방법을 이야기하고 있다.  

기관협착(tracheal stenosis)는 드문 질환이지만, 기관협착의 길이가 길거나 기관무형성증인 경우에 사망률이 약 77~100%에 달하는 것으로 알려져 있다. 종양, 기관절개술, 선천성 질환, 기도삽관의 장기화 또는 다양한 종류의 기관손상에 의해서 생존에 중요한 발성, 연하, 호흡, 점액섬모청소능 (mucociliarycleanrance), 호흡 항원에 대한 면역 등의 기능이 저하될 수 있다. 기관은 연골로 구성되고 일반 연조직에 비해 탄력성이 없고 딱딱하며, 길이가 짧고 주요 심혈관 조직과 접해 있어 치료가 어려운 해부학적 특징이 있으며, 일단 손상이 되면 점막과 달리 정상적인 연골이 재생되지 않고 석회화와 섬유화에 의해 회복되는 특징이 있다. 대안적 치료의 개발이 시급한 상태이며, 조직공학적 기관재건이 그 중 한 방법으로 주목을 받으며 많은 기초적, 임상적인 결과를 보여주고 있다.

이 중 최근 각광받고 있는 3D printing기술의 경우, 과거 공업적 활용에 많이 쓰였지만, 스캐폴드 개발과 같이 의학분야, 생명분야에 이용됨으로써 다학제간 연구를 기대할 수 있으며, 고가의 임플란트나 스캐폴드를 대체할 수 있을 것이다. 세포플로팅(cell plotting) 장비가 개발됨에 따라, 세포와 생체재료를 동시에 제작함으로써 인공장기 개발에 도움을 줄 것으로 생각된다.

본 연구팀은 3D 프린팅을 이용하여 기관의 환자맞춤형 원형형태 모사뿐만 아니라, 기도 내층에는 기도점막 유래세포, 기도 외층에는 연골세포, 근세포 유래세포를 포함하는 다층구조의 지지체를 제작해 이식, 연골 및 기도내면의 호흡상피를 동시에 재생 하는 연구를 시도하고 있다. 앞으로 합성지지체(Synthetic polymer; PCL, PLGA 등)을 이용해 기관재생에 필요한 강도(mechanical property)를 유지하면서도, 천연유래물질인 피브린/하이알유론산(fibrin/hyaluronic acid)이나 아르긴산(alginate), 돼지연골유래 지지체(porcine cartilage powder) 등을 이용해 생체친화성과 이식세포 생존율을 높이는 다층구조의 기관이식물을 설계, 제작할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

화학공학, 재료공학, 의학, 생물학 등의 융합학문으로 시작된 조직공학(Tissue engineering)은 그 태동으로부터 약 20여년의 짧은 역사를 가지고 있음에도 불구하고 최근 많은 연구가 집중되고 있다. 더불어 다양한 연구배경을 가지고 있는 연구자들이 학제 간 연구를 바탕으로 활발한 연구를 진행하고 있다. 이러한 적극적인 연구의 결과로 제조된 새로운 조직공학적 제품들에 대한 임상시험이 진행 중이며 가까운 미래에 인류에게 적용되기를 기다리고 있다. 

[출처] 디지털타임스