▲ 김정범 UNIST 생명과학부 교수 왼쪽 화면에 보이는 사진은 연구진이 직접교차분화기법으로 만든 척수세포.

3D 프린터로 척수손상환자를 고치는 연구가 UNIST에서 시작되어 향후 조직특이 바이오 잉크, 3D 바이오 프린터, 광학기반 검증시스템 등에 이르는 환자 맞춤형 3D프린팅 전플랫폼이 개발될 것으로 보인다.

UNIST(총장 조무제)는 김정범 UNIST 생명과학부 교수가 8월부터 ‘신경계 환자 맞춤형 조직 재건용 바이오 3D 프린팅 기술’ 개발을 시작했다고 6일 밝혔다.

이번 연구는 미래창조과학부 신규과제로 선정되어 향후 5년간 65억 원의 연구비를 지원받으며 김정범 교수는 총괄책임자로 선정돼 연세대 의대, 부산대, 한국산업기술대 등과 공동 연구할 계획이다.

다친 부위의 척수세포를 3D프린터로 찍어내 이식하는 이번 연구는 척수세포를 만들 바이오 잉크는 환자의 피부세포에서 얻는다.

피부세포에서 직접 신경계 세포로 분화시킬 계획이라 면역 거부 반응이나 발암 가능성도 없다.

이번 연구는 피부세포에서 다른 세포로 직접 분화시키는 ‘직접교차 분화기법’을 이용한다.

기존에 알려진 연분화 줄기세포(iPS)는 모든 세포로 분화할 수 있어 암세포로 변하거나 기형종이 나타날 우려가 있었지만, 이 방식은 모든 세포로 분화될 수 있는 ‘전분화능 상태’를 거치지 않아 발암 위험이 없다.

김정범 교수는 “역분화 줄기세포의 발암 가능성을 배제한 기법으로 환자맞춤형 세포를 제작해 3D 프린터의 바이오 잉크로 활용할 것”이라며 “직접교차 분화기법을 이용한 3D 바이오 프린팅 기술은 국내에서 최초로 시도되는 프로젝트일 뿐 아니라 세계적으로도 앞선 기술”라고 밝혔다.

이번 계획에 포함된 3D 바이오 잉크는 피부세포에서 분화시킨 신경계 세포를 기반으로 개발할 계획이다.

이 잉크는 신경계 세포와 이를 지지할 하이드로젤(hydrogel) 등의 물질이 섞인 상태가 된다. 3D 프린터로 이 잉크를 쌓아올리면 척수 등 생체조직을 만들 수 있다.

연구진은 환자의 손상 부위에 꼭 맞는 조직을 만들기 위해 생체적합성을 판단할 기술도 함께 개발한다. 이 과정에 기계 및 광학, 전기 분야 기술도 동원되므로 다양한 분야가 연계된다.

김 교수는 “이번 과제를 통해 환자맞춤형 세포, 조직특이적인 바이오 잉크, 3D 바이오 프린터, 광학기반 검증시스템 등을 개발할 계획”이라며 “환자맞춤형 세포를 이용한 생명, 기계, 전기, 광학 분야의 시너지를 기대할 수 있으며 치료 효율도 극대화할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 과제의 목표는 환자맞춤형 세포 기반의 바이오 잉크로 만든 조직을 임상에 적용해 치료는 물론 안정성까지 높이는 것이다.

이는 척수손상에 대한 근본적인 치료방안을 제시하는 것으로, 개발이 완료되면 면 의료시장에 새 패러다임이 열릴 전망이다.

한편, 3D 프린팅 시장은 전 세계적으로 2025년까지 매년 2300억 달러 이상의 경제적 효과를 지니는 것으로 보고되고 있다(매킨지 보고서 2013). 또한 재생의학과 세포치료제 시장도 2018년까지 지속적으로 성장해 320억 달러에 이를 전망이다.