화상이나 당뇨병성 족부궤양처럼 피부 손상이 깊어 잘 낫지 않는 환자, 또는 심장이나 팔다리 혈관이 막혀 새 혈관이 필요한 환자에게 환자 자신의 세포로 만든 인공 조직을 이식하는 연구가 활발해지고 있다. 3D바이오프린팅 기술로 살아있는 세포와 생체재료를 층층이 쌓아 혈관과 피부 조직을 인쇄하는 연구가 국내외에서 잇따라 발표되면서 조직공학 분야의 관심이 커지고 있다.
3D바이오프린팅은 세포와 콜라겐, 히알루론산 같은 생체적합성 소재를 섞은 바이오잉크를 3D프린터로 정밀하게 쌓아 올려 살아있는 조직 구조를 만드는 기술이다. 기존 3D프린팅이 플라스틱이나 금속 같은 재료로 물건을 만드는 것과 달리, 바이오프린팅은 세포가 살아남아 스스로 자라고 기능하도록 설계한다는 점이 다르다.
혈관 조직 연구는 특히 활발한 분야로 꼽힌다. 연구자들은 혈관 내벽을 이루는 내피세포와 혈관벽을 지탱하는 평활근세포를 층별로 배치해 관 모양의 미세혈관 구조를 인쇄하는 방법을 개발하고 있다. 이렇게 만든 인공 혈관은 심혈관 질환 환자의 우회로 수술이나 신약이 혈관에 미치는 영향을 시험하는 실험 모델로 활용될 가능성이 검토되고 있다.
피부 조직 연구에서는 표피와 진피 두 층을 따로 인쇄한 뒤 하나로 합쳐 실제 피부와 비슷한 구조를 재현하는 방식이 시도되고 있다. 일부 연구팀은 모낭이나 땀샘 같은 부속기관까지 포함한 인공 피부를 인쇄하는 실험을 진행해, 단순히 상처를 덮는 수준을 넘어 기능적인 피부 재생을 목표로 하고 있다.
인공 피부는 표피와 진피를 따로 인쇄해 결합한다 [그림=메디닉스DB]
이렇게 만들어진 조직은 화상이나 욕창, 당뇨병성 족부궤양처럼 자연 치유가 어려운 만성 상처를 덮는 이식재로 쓰일 가능성이 연구되고 있다. 동시에 동물실험을 대체할 인체 조직 모델로 활용해 신약 후보물질의 독성이나 효과를 미리 시험하는 데도 쓰일 수 있어 제약, 화장품 업계에서도 관심을 보이고 있다.
다만 3D바이오프린팅이 극복해야 할 과제도 적지 않다. 가장 큰 난제는 두꺼운 조직 내부까지 산소와 영양분을 공급할 미세혈관망을 촘촘하게 재현하는 일로, 이 문제가 해결되지 않으면 인쇄한 조직 내부 세포가 괴사할 위험이 있다. 대량생산과 품질을 일정하게 유지하는 표준화, 제조 비용을 낮추는 것도 상용화를 위해 풀어야 할 숙제로 꼽힌다.
국내에서도 여러 대학과 연구기관이 조직공학 관련 학회를 중심으로 관련 연구를 이어가고 있으며, 대한조직공학재생의학회 등 관련 학회에서는 바이오프린팅 기술의 발전 상황과 임상 적용 가능성을 논의하는 자리를 꾸준히 마련하고 있는 것으로 알려져 있다.
식품의약품안전처는 세포나 조직을 원료로 한 첨단바이오의약품의 경우 별도의 허가 절차와 안전성, 유효성 검증을 거치도록 하고 있어, 3D바이오프린팅으로 만든 조직이 실제 환자 치료에 쓰이기까지는 상당한 시간과 검증 절차가 더 필요할 것으로 전망된다.
인쇄한 조직은 세포 생존 여부를 현미경으로 확인한다 [그림=메디닉스DB]
전문가들은 3D바이오프린팅이 아직 대부분 연구 단계에 머물러 있으며, 임상 현장에서 널리 쓰이는 정식 치료법으로 자리잡기까지는 추가 연구와 임상시험이 필요하다고 설명한다. 상처 치료나 피부 재생을 광고하며 검증되지 않은 시술을 권하는 사례에는 주의가 필요하다.
만성 상처나 혈관 질환으로 치료를 고민하는 환자라면 최신 연구 소식에 앞서 담당 의료진과 충분히 상담해 검증된 치료법을 우선 고려하는 것이 바람직하다. 임상시험 참여를 고려할 때도 식품의약품안전처나 병원 임상시험센터를 통해 승인 여부와 안전성 정보를 확인한 뒤 결정하는 것이 안전하다.
