신체 이식의 혁신… 3D 프린터로 만든 귀 최초 성공

뉴욕 퀸즈의 생명공학 회사‘3D바이오 테라퓨틱스’(3DBio Therapeutics)는 최초로 3D 프린팅을 사용하여 환자 자신의 세포로 신체 부분을 만들었다고 지난달 말 밝혔다. 작고 기형적인 오른쪽 귀를 가지고 태어난 20세 여성이 자신의 세포로 만든 3D 프린팅 귀를 이식받았다는 발표였다. 전문가들은 이 이식은 신기술의 의료 적용에 성공한 첫 번째 임상시험의 하나로서, 조직공학 분야의 놀라운 발전이라고 말했다.

재생의학 회사인‘3D바이오 테라퓨틱스’에 따르면 새 귀는 여성의 왼쪽 귀와 정확히 일치하는 모양으로 인쇄되어 3월에 이식되었으며, 연골 조직을 계속 재생하여 자연스러운 귀의 모양과 느낌을 줄 것이라고 설명했다.

 

생명공학 회사, 환자 자신의 세포로 연골 조직 재생

무균 상태 콜라겐‘바이오 잉크’를 사용 인체에 안전

 “간, 심장 등 고형 장기로 가는 길은 여전히 멀어”

 

카네기 멜론 대학교의 생물의학 공학, 재료 과학, 공학 교수인 아담 파인버그는 “확실히 대단한 일”이라고 말했다. 3D 프린팅을 활용하는 재생의학 기업 ‘플루이드폼’(FluidForm)의 공동 창업자이기도 한 닥터 파인버그는 “이 기술이 더 이상 ‘만약’이 아니라 ‘언제’라는 것을 보여주는 사건”이라고 덧붙였다.

이 여성의 재건수술 결과는 3DBio의 보도 자료에 의해 발표되었다. 회사는 독점 문제를 이유로 그 과정의 기술적 세부 사항을 공개하지 않아 외부 전문가들이 평가하기가 더 어렵다. 회사는 연방 규제기관이 시험 설계를 검토하고 엄격한 제조 기준을 설정했으며 연구가 완료되면 데이터가 의학 저널에 게재될 것이라고 말했다.

현재 11명의 환자가 포함된 임상 시험이 진행되고 있으며, 이식이 실패하거나 예상치 못한 건강 합병증을 유발할 수도 있다. 그러나 세포를 환자 자신의 조직에서 가져왔기 때문에 몸이 새로운 귀를 거부할 가능성은 없다고 의사와 회사 측은 말했다.

7년이 걸린 3DBio의 성공은 장기 및 조직 이식을 개선하기 위한 연구가 보여준 최근의 몇몇 돌파구 중 하나다. 지난 1월 메릴랜드의 외과의사들은 유전자 변형 돼지의 심장을 심장병을 앓고 있는 57세 남성에게 이식하여 그의 수명을 2개월 연장했다. 

과학자들은 또한 기증된 장기가 버려지지 않도록 수명을 연장하는 보존기술을 개발하고 있다. 스위스 의사들은 3일 동안 보존된 인간의 간을 이식받은 환자가 1년 후에도 여전히 건강하다고 지난 주 보고했다.

심장 시술을 위해 유전자 조작 돼지를 제공한 ‘유나이티드 세라퓨틱스’(United Therapeutics)사도 이식용 폐를 생산하기 위해 3D 프린팅을 실험하고 있다고 대변인이 말했다. 이스라엘 공과대학의 과학자들은 지난 9월 이식된 조직에 혈액을 공급하는 데 필요한 혈관 네트워크를 인쇄했다고 보고했다.

기업들은 전에 3D 프린팅 기술을 사용하여 플라스틱과 경량 금속으로 만든 맞춤형 의수를 생산했다. 그러나 여성의 기형 귀에서 채취한 작은 세포 덩어리로 만든 귀 이식은 살아있는 조직으로 만든 3D 프린팅 이식물의 첫 번째 예인 것으로 보인다.

멕시코 출신인 이 환자는 귀의 외이 부분인 귓바퀴가 작고 기형을 유발하는 희귀한 선천적 결함인 소이증(귀의 청력에도 영향을 줄 수 있음)을 가지고 태어났다. 

회사 측은 더 많은 연구를 통해 3D 프린팅 기술로 척추 디스크, 코, 무릎 반월판, 회전근개 및 종양절제술의 재건 조직을 비롯한 많은 다른 대체 신체 부위를 만들 수 있다면서 더 나아가 간, 신장, 췌장과 같은 훨씬 더 복잡한 주요 장기를 생산할 수도 있다고 말했다.

여성의 이식수술을 시행한 샌안토니오의 소아 귀 재건 외과의인 닥터 아르투로 보닐라는 “너무 흥분되는 일이라 가끔은 조금씩 자제해야 한다.”고 말하고 “모든 것이 계획대로 진행된다면 혁명적인 방법이 될 것”이라고 강조했다. 이 시험은 3DBio의 자금 지원을 받았지만 닥터 보닐라는 이 회사와 재정적 이해관계가 없다. 

마운트 사이나이의 아이칸 의과대학에서 척추 생명공학 연구실을 이끌고 있는 제임스 이아트리디스는 인쇄 조직 이식 연구들이 한창 진행 중에 있지만 임상 시험에서 테스트 중인 다른 제품에 대해서는 알지 못한다면서 “살아있는 사람에게의 3D 귀 임플란트는 생체 적합성, 형태 일치 및 모양 유지를 평가하는 개념의 증명”이라고 말했다.

그럼에도 불구하고 귀의 외이 부분은 기능적이라기보다 미용적인 측면에서 상대적으로 단순한 부속물이라고 말한 카네기 멜론의 파인버그 박사는 간, 신장, 심장, 폐와 같은 고형 장기로 가는 길은 여전히 멀다고 경고했다. 

3D 프린팅 제조 공정은 디지털 모델에서 견고한 3차원 물체를 만드는 것이다. 이 기술은 물체의 정확한 모양을 만들기 위해 얇은 층에 재료를 부착하여 쌓는 컴퓨터 제어 프린터를 포함한다. 

3DBio의 새로운 귀 이식은 환자 세포의 작은 샘플을 수십억 개의 세포로 바꾸는 방법부터 시작하여 여러 독점 기술을 통합한 것이라고 회사측은 말했다. 

이 회사의 3D 프린터는 인체에 안전하고 모든 재료를 무균 상태로 유지하는 콜라겐 기반 ‘바이오 잉크’를 사용한다. 모든 연구 및 제조는 위생적인 ‘클린룸’을 갖춘 퀸즈의 새 건물 내 한 지붕 아래에서 이루어지며, 기술자들은 버니 슈트 작업복, 장갑 및 부츠를 착용하고 마스크를 쓰고 일한다.

새로운 귀를 이식받은 환자는 보닐라 박사가 이끄는 임상 시험의 일환으로 성공적인 이식을 받은 첫 번째 환자 중 한 명이었다. (다른 시험 자원자들도 LA의 시더스 사이나이 병원에 등록돼있다.) 닥터 보닐라는 여성의 소이증 귀에서 연골 반 그램을 제거하는 것으로 시작했다. 

그런 다음 그것을 건강한 귀의 3D 스캔과 함께 샌안토니오에서 퀸즈의 3DBio 건물로 배송했다. 이 곳에서 환자의 연골세포를 조직 샘플에서 분리하고 영양소 슬러리에서 성장시켜 수십억 개의 세포로 증식했다. 

3DBio의 한 과학자에 따르면 살아있는 세포가 “쿠키 반죽 아이스크림에 섞인 초콜릿 칩과 같이” 콜라겐 기반 바이오 잉크와 혼합되었다.

콜라겐은 주사기를 통해 특수 3D 바이오 프린터에 삽입되었고, 프린터 노즐은 물질을 일정하고 얇은 흐름으로 분출하여 건강한 귀를 거울처럼 복제한 작은 직사각형 모양을 만들기 시작했다. 

전체 인쇄 과정은 10분도 채 걸리지 않았다. 그런 다음 인쇄된 귀 모양을 생분해성 보호 셸에 넣고 밤새 냉장 보관하여 보닐라 박사에게 배송했다. 닥터는 턱뼈 바로 위, 환자의 피부 아래에 귀를 이식했다. 보형물 주변의 피부를 조이자 귀 모양이 나타났다.

매년 미국에서 태어나는 약 1,500명의 아기가 소이증 또는 전체 외이가 없는 무이증을 갖고 있다. 지금까지 임상 시험에는 6~25세의 11명의 지원자가 포함되었으며, 이들은 장기 안전성 및 미적 결과를 평가하기 위해 앞으로 5년 동안 추적된다.

소이증의 다른 재건 방법은 환자가 학교에서 따돌림이나 조롱을 당하지 않도록 어릴 때 시행하는데, 환자의 갈비뼈에서 연골을 채취하여 대략적인 모양으로 조각하는 입원 수술이 필요한 방법이다. 그러나 새로운 시술은 병원 밖에서 몇 시간 안에 완료할 수 있다. 3DBio는 임플란트 비용을 명시하지 않았지만 대변인은 현재 표준 치료비용과 비슷할 것이라고 말했다.