가톨릭대 의과대학 김성원 교수팀이 작년 8월 세계 최초로 타인의 성체줄기세포를 기반으로 한 난치성 기관 결손 환자용 맞춤형 3D 바이오프린팅 인공기관을 이식하는데 성공했다. 연구팀은 이식 후 6개월의 추적 관찰 결과 성공적인 생착을 확인했다.

약 20년간 수행된 이번 연구는 성체줄기세포 기반 환자 맞춤형 3D 바이오프린팅 인공기관을 실제 임상에 적용하는 임상 실용화 연구로 서울대교구 가톨릭세포치료사업단 서울성모병원 바이오의약품 GMP 세포생산실의 바이오의약품 품질관리 공정을 통해 실제 성체줄기세포/연골세포를 바이오 프린팅하여 3차원 맞춤형 인공기관을 제작한 뒤 이를 난치성 기관 결손 환자에게 이식하여 치료를 진행한 세계 최초의 연구개발 및 임상시험이다.

이번 성공은 특히 살아있는 세포를 실제 장기/조직의 구조와 유사하게 세포 프린팅 함으로써 활성화된 이식용 장기와 조직을 만드는 3D 바이오프린팅 방법으로 지금까지 존재하지 않았던 환자이식용 인공기관을 제작, 이식한 첫 사례다.

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

실제 인체에 이식하는 임상 실용화과정은 해당 성체줄기세포를 연구하는 줄기세포 연구진과 생체재료 전문 연구진, 정밀한 3D 프린팅 가공 기술을 보유한 공학자, 새로운 첨단바이오의약품의 임상 실용화 과정에 특화된 규제과학 연구진, 첨단바이오의약품의 GMP(우수의약품제조관리기준) 공정과 품질관리 전문 연구진과 더불어, 실제 환자의 진료와 수술을 담당하는 이비인후과와 외과의 다학제간 협력연구는 물론 각 연구기관 간 협력체계 구축과 장기적인 목표를 공유함으로써 성공할 수 있었다.

연구팀이 진행했던 ‘호흡기도(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 성공은 살아있는 타인의 성체줄기세포를 실제 3D 세포 프린팅하는 바이오프린팅 정밀공학기술을 적용하여 개발된 세계 최초의 인공 인체 장기이식의 임상시험 성공사례로 환자 맞춤형 3D 바이오프린팅 인공장기이식 실용화 기술 발전에 토대를 이루며 향후 추가로 진행될 각종 난치성질환에 대한 첨단바이오의약품의 개발 과정에서도 큰 역할 할 것”이라고 밝혔다.

이번 첨단재생의료 임상연구는 서울성모병원(김성원, 박선화, 배자성)의 주도로 가천대(이진우)와 주식회사 티앤알바이오팹(윤원수, 김인호)의 공동연구로 진행됐고, 인천성모병원(남인철)와 포스텍(조동우)이 참여했다.

연구는 특히 동종 성체줄기세포를 활용한 인공기관 이식을 위해 식품의약품안전처의 연구자주도 임상시험계획서(IND) 승인(2021년 3월)과 첨단재생의료 임상연구 승인(2022년 1월)을 모두 획득하여 안전성과 유효성에 대해 사전 검증을 받았고 2021년부터 시행된 ‘첨단재생의료 및 첨단바이오의약품 안전 및 지원에 관한 법률’에 근거한 보건복지부 및 한국보건산업진흥원의 지원으로 ‘첨단재생의료 임상연구지원사업’이 수행됐다. 2014년 보건복지부 및 한국보건산업진흥원에서 지원하는 첨단의료기술개발사업(바이오프린팅 실용화 기반 기술개발)을 통해 가톨릭대학교 서울성모병원, 가천대학교, 포스텍과 (주)티앤알바이오팹 공동연구팀이 정부의 지원 하에 본격적으로 연구를 수행했다.