국내 연구팀이 지난 2023년 8월 세계 최초로 타인의 성체줄기세포를 기반으로 한 난치성 기관 결손 환자용 맞춤형 3D 바이오프린팅 인공 기관(trachea)을 이식, 수술 후 6개월의 추적 관찰 결과 성공적인 생착을 확인했다. 

이번 첨단재생의료 임상 연구는 서울성모병원(이비인후과 김성원 교수, 박선화 박사, 갑상선내분비외과 배자성 교수)의 주도로 가천대학교(이진우 교수)와 주식회사 티앤알바이오팹(윤원수 대표, 김인호 박사)이 공동연구, 인천성모병원(이비인후과 남인철 교수)과 포스텍(조동우 교수)이 함께 참여했다.

약 20년간 수행된 이번 연구는 성체줄기세포 기반 환자 맞춤형 3D 바이오프린팅 인공 기관을 실제 임상에 적용하는 임상 실용화 연구이다.

기존의 치료 방법은 수술이 복잡하고 위험할 뿐만 아니라, 이전 상태로 기관를 완벽히 복원할 수 없어서, 기관 골격 구조 재건과 동시에 기관 기능을 유지할 수 있는 재건 방법이 절실히 요구되고 있지만 현재까지 대체 치료제가 없는 난치성 질환이다. 

이러한 난치성 기관 결손 환자들을 위해 진행된 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’는 생체고분자를 이용하여 외형이 유사한 인체 장기 모사체를 만들어 수술 시뮬레이션을 하거나, 의치나 보청기 등의 보장구의 외형을 제작하고 인체 이식용 의료기기를 제작하는 기존의 3D 프린팅과는 달리, 살아있는 세포를 실제 장기/조직의 구조와 유사하게 세포 프린팅 함으로써 활성화된 이식용 장기와 조직을 만드는 3D 바이오프린팅 방법으로 지금까지 존재하지 않았던 환자 이식용 인공 기관을 제작하여 환자에게 이식한 것이다.

이번 연구에서는 코막힘 증상의 치료를 위해 다빈도로 시행되는 ‘코 하비갑개 수술’ 과정에서 폐기되는 인체 조직을 재활용하여 새로운 기능성 성체줄기세포 공급원으로 사용했고, 초자연골 재생을 위한 연골세포 역시 코중격 수술 과정에서 폐기되는 인체 연골조직으로부터 분리 배양하여 사용했다. 

연구팀이 진행했던 ‘호흡 기도(기관, Trachea) 재생을 위한 환자 맞춤형 바이오프린팅 기관 실용화 임상연구’는 2004년 사람 코에서 유래한 성체줄기세포와 연골세포를 기반으로 한 3D 바이오프린팅 연구의 형태로 가톨릭대와 포스텍 연구진의 공동연구로 시작됐으며, 2005년 포스텍-가톨릭대 의생명공학연구원이 설립되면서 해당 분야의 연구가 활성화됐다.

김성원 교수는 “이번 이식의 성공은 살아있는 타인의 성체줄기세포를 실제 3D 세포 프린팅하는 바이오프린팅 정밀공학기술을 적용하여 개발된 세계 최초의 인공 인체 장기 이식의 임상시험 성공 사례로, 환자 맞춤형 3D 바이오프린팅 인공 장기 이식 실용화 기술 발전에 토대를 이루며, 향후 추가로 진행될 각종 난치성 질환에 대한 첨단바이오의약품의 개발 과정에서도 큰 역할을 할 것이다.”라고 밝혔다.

[메디컬월드뉴스 김영신 기자]

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