장기조직과 동일성분 `바이오잉크` 개발
국가차원 바이오 임플란트 연구도 활발
국가차원 바이오 임플란트 연구도 활발
■ `바이오 메가융합` 미래 연다
(7) 인공장기 `꿈을 현실로`
지난 12일 서울 가산동 셀루메드 기업부설연구소. 연구원들이 `골형성단백질(BMP2)'을 생산하기 위해 세포배양 실험을 하고 있었다. BMP2는 각종 뼈와 연골 조직의 성장과 수복에 관여하는 단백질로, 줄기세포나 전구세포가 뼈로 분화하도록 유도해 뼈의 재생을 촉진하는 물질이다. 셀루메드는 체 내에 극미량 존재하는 BMP2를 유전자 변형 동물세포를 이용해 대량으로 배양하는 기술을 개발해 세계에서 두 번째로 제품화에 성공했다.
이 물질과 함께 이 회사가 국산화에 성공한 `탈회골이식재(DBM)'는 골절 등으로 인한 뼈 결손 부위에 이식해 빠른 재생을 유도하는 물질이다. 골 조직에서 무기질(미네랄)을 제거해 말랑말랑한 상태로 만든 이 물질을 결손 부위에 넣으면, 원래 있던 뼈 조직이 이를 흡수해 자신의 뼈로 동화시켜 치료기간을 단축한다.
이밖에도 이 회사는 인공 무릎관절과 정형용 임플란트, 척추 고정 나사 등 생체이식 의료기기를 국산화했다. 기증자 시신에서 채취한 조직을 처리해 사용하는 기존 방식 대신 소의 뼈를 화학적으로 처리해 인체 이식에 사용하는 `이종이식재' 개발에도 성공했다.
이같은 의료용 생체재료 연구에는 기계공학과 재료공학, 생명공학, 유전공학, 의공학 등 다양한 분야 기술이 융합돼 적용되고 있다. 생체이식 재료는 직접 사람의 몸에 들어가기 때문에 고도의 생물학적 안전성을 확보해야 하며, 인체 내에서 일정 수준 이상의 기능과 성능, 강도 등을 유지하는 유효성을 동시에 갖춰야 한다.
이 회사의 목표는 3D 프린팅을 활용한 환자 맞춤형 임플란트와, 자가줄기세포를 접목한 인대 조직 개발이다. 이들 분야는 아직까지 제품화를 위해 전세계 연구소들이 치열하게 경쟁하고 있는 영역으로, 개발에 성공할 경우 적용 분야와 시장 파급력이 엄청날 것으로 회사측은 전망하고 있다.
셀루메드 기업부설연구소 이광일 실장은 "조직공학과 재생의학 분야는 아직 역사가 길지 않기 때문에 미국과 유럽의 1세대 연구자들이 아직도 대가로 남아있다"며 "세계적으로 기계, 바이오 등 특화된 기술을 접목한 분야로 파생된 연구소들이 여러 연구를 진행하고 있는 만큼 다양한 가능성을 갖고 있다"라고 말했다.
◇생체 재료와 조직공학=조직공학은 생명과학과 의학, 공학기술 등을 바탕으로 신체 기능을 회복하거나 대체할 수 있는 생물학적 이식재를 개발하는 영역이다.
사고나 질병 때문에 장기나 조직 이식을 받아야 생존이 가능한 환자 수에 비해 이식 가능한 공여 장기는 절대적으로 부족한 상황으로, 이를 대체할 수 있는 조직공학 기술의 중요성이 계속해서 부각되고 있다.
조직공학 연구 분야는 기본적인 구성요소인 세포와 세포가 부착돼 자랄 수 있는 지지체, 세포 성장과 분화를 조절할 수 있는 신호전달물질 등으로, 이를 적절히 이용해 신체 각 조직이나 장기를 재생시키는 기술을 개발한다.
이미 영역별 기술 개발이 빠르게 이뤄져 조직공학을 이용한 인공피부, 연골, 뼈가 상품화돼 시판되고 있고, 최근에는 줄기세포와 바이오소재, 정보통신기술 발전에 따라 3차원 설계 기술을 적용한 조직 개발과 방광, 심근, 간, 신경 등 다양한 기능성 장기 개발로 진화해 가고 있다.
향후에도 바이오 의공학, 재료과학, 분자생물학, 나노기술 등 다양한 기술 융합을 통해 조직공학 기술 발전은 더욱 가속화될 것으로 전망된다.
◇맞춤형 장기 찍어내는 `세포 프린팅'=그 중에서도 최근 세계적으로 `3D 세포 프린팅'이 차세대 기술로 부각돼 국내 우수한 IT 기술력과 줄기세포 등 바이오기술을 융합한 차세대 조직재생 기술 경쟁력 확보가 숙제로 떠오르고 있다.
3D 세포 프린팅 기법은 줄기세포와 세포영양분 등 성장인자를 3차원 바이오 인공 지지체와 함께 쌓아 실제 조직과 유사한 외형과 구조를 가진 기능성 인공조직을 제작하는 기술이다.
최근 조동우 포스텍 기계공학과 교수팀은 실제 조직과 동일한 성분으로 이뤄진 3D 세포 프린팅용 `바이오 잉크' 개발에 성공, 실제와 같은 기능을 지닌 인공장기 개발의 중요한 관문을 넘었다. 3D프린터로 세포를 출력할 때는 세포의 생존과 구조 유지를 돕는 바이오 잉크를 섞어 함께 분사한다. 조 교수 연구팀은 실제 조직이나 장기를 여러 가지 화학물질로 처리해 세포만 제거한 `탈세포화된 조직'을 이용한 바이오 잉크를 개발해 줄기세포가 원하는 조직으로 분화될 수 있는 환경을 만들어냈다. 현재 지방 조직과 심근 조직, 연골 조직으로 분화할 수 있는 바이오 잉크를 개발했으며 간ㆍ뼈ㆍ뇌 조직 등에 쓰이는 바이오 잉크도 개발 중이다.
해외에서는 미국 루이빌대학교 스튜어트 윌리엄스 박사 연구팀이 3D프린터로 심장의 각 부분을 만들어 완전한 심장으로 조합하는 연구를 하고 있다. 윌리엄스 박사는 10년 내에 인공심장을 인체에 직접 이식하는 실험이 가능할 것으로 전망하고 있다.
최근에는 미국 보스턴 브리검여성병원 연구진이 3D프린터를 활용해 인공혈관 샘플을 구현하는 데 성공했다고 발표했다. 아직 이 인공혈관은 생체대사를 감당할 수 있을 정도로 충분한 강도를 지니지 못해 추가 연구가 더 필요한 상황이지만, 인체조직 중 가장 광범위하고 복잡한 체계를 가진 혈관을 3D프린터로 제작할 수 있는 가능성을 열었다는 점에서 주목을 받고 있다.
◇고령화 대비 바이오 임플란트 개발도 활발=우리 정부도 세계적 기술 진화에 발빠르게 대응해 기술 개발 전략을 세우고 R&D를 지원하고 있다. 미래창조과학부는 `생애단계별 건강문제 해결을 위한 연구개발(R&D)'의 일환으로 노인의 치아 유실에 대응하는 바이오 임플란트 소재와 임플란트 생착주사제 기술 개발 및 사업화를 추진하고 있다.
약 30억원이 투입되는 이번 연구는 기존에 너무 단단해 근력이 약한 노인이 사용하기에 불편했던 티타늄 기반 소재 대신 노인에게 적절한 경도와 형상을 가진 소재 개발을 목표로 진행된다.
연구 첫 해에는 바이오 임플란트와 생착주사제와 관련한 국내외 특허를 출원하고 관련 기업과 MOU 체결을 통해 시장진출 전략을 수립한다. 2년차에는 시제품을 완성해 임상 진입을 준비하고, 3년차에 기술이전 기업을 중심으로 인허가를 추진할 계획이다. 이를 통해 국내뿐만 아니라 세계 시장에도 통하는 강한 원천기술을 확보해 상용화한다는 구상이다.
남도영기자 namdo0@
사진=김민수기자 ultrartist@
(7) 인공장기 `꿈을 현실로`
지난 12일 서울 가산동 셀루메드 기업부설연구소. 연구원들이 `골형성단백질(BMP2)'을 생산하기 위해 세포배양 실험을 하고 있었다. BMP2는 각종 뼈와 연골 조직의 성장과 수복에 관여하는 단백질로, 줄기세포나 전구세포가 뼈로 분화하도록 유도해 뼈의 재생을 촉진하는 물질이다. 셀루메드는 체 내에 극미량 존재하는 BMP2를 유전자 변형 동물세포를 이용해 대량으로 배양하는 기술을 개발해 세계에서 두 번째로 제품화에 성공했다.
이 물질과 함께 이 회사가 국산화에 성공한 `탈회골이식재(DBM)'는 골절 등으로 인한 뼈 결손 부위에 이식해 빠른 재생을 유도하는 물질이다. 골 조직에서 무기질(미네랄)을 제거해 말랑말랑한 상태로 만든 이 물질을 결손 부위에 넣으면, 원래 있던 뼈 조직이 이를 흡수해 자신의 뼈로 동화시켜 치료기간을 단축한다.
이밖에도 이 회사는 인공 무릎관절과 정형용 임플란트, 척추 고정 나사 등 생체이식 의료기기를 국산화했다. 기증자 시신에서 채취한 조직을 처리해 사용하는 기존 방식 대신 소의 뼈를 화학적으로 처리해 인체 이식에 사용하는 `이종이식재' 개발에도 성공했다.
이같은 의료용 생체재료 연구에는 기계공학과 재료공학, 생명공학, 유전공학, 의공학 등 다양한 분야 기술이 융합돼 적용되고 있다. 생체이식 재료는 직접 사람의 몸에 들어가기 때문에 고도의 생물학적 안전성을 확보해야 하며, 인체 내에서 일정 수준 이상의 기능과 성능, 강도 등을 유지하는 유효성을 동시에 갖춰야 한다.
이 회사의 목표는 3D 프린팅을 활용한 환자 맞춤형 임플란트와, 자가줄기세포를 접목한 인대 조직 개발이다. 이들 분야는 아직까지 제품화를 위해 전세계 연구소들이 치열하게 경쟁하고 있는 영역으로, 개발에 성공할 경우 적용 분야와 시장 파급력이 엄청날 것으로 회사측은 전망하고 있다.
셀루메드 기업부설연구소 이광일 실장은 "조직공학과 재생의학 분야는 아직 역사가 길지 않기 때문에 미국과 유럽의 1세대 연구자들이 아직도 대가로 남아있다"며 "세계적으로 기계, 바이오 등 특화된 기술을 접목한 분야로 파생된 연구소들이 여러 연구를 진행하고 있는 만큼 다양한 가능성을 갖고 있다"라고 말했다.
◇생체 재료와 조직공학=조직공학은 생명과학과 의학, 공학기술 등을 바탕으로 신체 기능을 회복하거나 대체할 수 있는 생물학적 이식재를 개발하는 영역이다.
사고나 질병 때문에 장기나 조직 이식을 받아야 생존이 가능한 환자 수에 비해 이식 가능한 공여 장기는 절대적으로 부족한 상황으로, 이를 대체할 수 있는 조직공학 기술의 중요성이 계속해서 부각되고 있다.
조직공학 연구 분야는 기본적인 구성요소인 세포와 세포가 부착돼 자랄 수 있는 지지체, 세포 성장과 분화를 조절할 수 있는 신호전달물질 등으로, 이를 적절히 이용해 신체 각 조직이나 장기를 재생시키는 기술을 개발한다.
이미 영역별 기술 개발이 빠르게 이뤄져 조직공학을 이용한 인공피부, 연골, 뼈가 상품화돼 시판되고 있고, 최근에는 줄기세포와 바이오소재, 정보통신기술 발전에 따라 3차원 설계 기술을 적용한 조직 개발과 방광, 심근, 간, 신경 등 다양한 기능성 장기 개발로 진화해 가고 있다.
향후에도 바이오 의공학, 재료과학, 분자생물학, 나노기술 등 다양한 기술 융합을 통해 조직공학 기술 발전은 더욱 가속화될 것으로 전망된다.
◇맞춤형 장기 찍어내는 `세포 프린팅'=그 중에서도 최근 세계적으로 `3D 세포 프린팅'이 차세대 기술로 부각돼 국내 우수한 IT 기술력과 줄기세포 등 바이오기술을 융합한 차세대 조직재생 기술 경쟁력 확보가 숙제로 떠오르고 있다.
3D 세포 프린팅 기법은 줄기세포와 세포영양분 등 성장인자를 3차원 바이오 인공 지지체와 함께 쌓아 실제 조직과 유사한 외형과 구조를 가진 기능성 인공조직을 제작하는 기술이다.
최근 조동우 포스텍 기계공학과 교수팀은 실제 조직과 동일한 성분으로 이뤄진 3D 세포 프린팅용 `바이오 잉크' 개발에 성공, 실제와 같은 기능을 지닌 인공장기 개발의 중요한 관문을 넘었다. 3D프린터로 세포를 출력할 때는 세포의 생존과 구조 유지를 돕는 바이오 잉크를 섞어 함께 분사한다. 조 교수 연구팀은 실제 조직이나 장기를 여러 가지 화학물질로 처리해 세포만 제거한 `탈세포화된 조직'을 이용한 바이오 잉크를 개발해 줄기세포가 원하는 조직으로 분화될 수 있는 환경을 만들어냈다. 현재 지방 조직과 심근 조직, 연골 조직으로 분화할 수 있는 바이오 잉크를 개발했으며 간ㆍ뼈ㆍ뇌 조직 등에 쓰이는 바이오 잉크도 개발 중이다.
해외에서는 미국 루이빌대학교 스튜어트 윌리엄스 박사 연구팀이 3D프린터로 심장의 각 부분을 만들어 완전한 심장으로 조합하는 연구를 하고 있다. 윌리엄스 박사는 10년 내에 인공심장을 인체에 직접 이식하는 실험이 가능할 것으로 전망하고 있다.
최근에는 미국 보스턴 브리검여성병원 연구진이 3D프린터를 활용해 인공혈관 샘플을 구현하는 데 성공했다고 발표했다. 아직 이 인공혈관은 생체대사를 감당할 수 있을 정도로 충분한 강도를 지니지 못해 추가 연구가 더 필요한 상황이지만, 인체조직 중 가장 광범위하고 복잡한 체계를 가진 혈관을 3D프린터로 제작할 수 있는 가능성을 열었다는 점에서 주목을 받고 있다.
◇고령화 대비 바이오 임플란트 개발도 활발=우리 정부도 세계적 기술 진화에 발빠르게 대응해 기술 개발 전략을 세우고 R&D를 지원하고 있다. 미래창조과학부는 `생애단계별 건강문제 해결을 위한 연구개발(R&D)'의 일환으로 노인의 치아 유실에 대응하는 바이오 임플란트 소재와 임플란트 생착주사제 기술 개발 및 사업화를 추진하고 있다.
약 30억원이 투입되는 이번 연구는 기존에 너무 단단해 근력이 약한 노인이 사용하기에 불편했던 티타늄 기반 소재 대신 노인에게 적절한 경도와 형상을 가진 소재 개발을 목표로 진행된다.
연구 첫 해에는 바이오 임플란트와 생착주사제와 관련한 국내외 특허를 출원하고 관련 기업과 MOU 체결을 통해 시장진출 전략을 수립한다. 2년차에는 시제품을 완성해 임상 진입을 준비하고, 3년차에 기술이전 기업을 중심으로 인허가를 추진할 계획이다. 이를 통해 국내뿐만 아니라 세계 시장에도 통하는 강한 원천기술을 확보해 상용화한다는 구상이다.
남도영기자 namdo0@
사진=김민수기자 ultrartist@
[ 저작권자 ⓒ디지털타임스, 무단 전재 및 재배포 금지 ]
