일본산업뉴스요약

3D프린터, 재생 의료에 활용
우선 이식용 조직 개발 연구

▶3D프린터: 3차원(3D) 설계 데이터를 바탕으로, 수지나 금속 등의 재료를 층층이 쌓아 입체적 물질을 만드는 장치. 여러 품종의 소량 생산에 적합해, 차세대 제조 기술로서 기대를 모으고 있다. 부품의 시작(試作) 외에도, 정교한 피규어 제작 등에 사용되고 있다. 의료기구에 응용하는 연구도 추진 중.

-- 도쿄대학, 피부의 입체 구조 재현/ 후쿠오카대학, 횡격막 기능의 조직 제작 등 --
입체적인 부품 등을 제작하는 3D프린터를 이용한 재생 의료의 연구가 추진되고 있다. 단백질의 미립자 및 세포 덩어리를 축적해 이식용 조직과 장기를 만드는 연구로, 도쿄 대학은 낫기 어려운 상처 치료를 위한 피부의 입체 조직을 재현. 후쿠오카 대학 등은 호흡에 꼭 필요한 횡격막 기능이 가능한 작은 조직을 제작했다. 두 연구 모두 동물을 통해 그 치료 효과를 확인했다. 이러한 연구의 임상 응용이 가능해진다면, 궁극의 재생의료 실현에 한 걸음 더 다가가게 될 것이다.

3D프린터는 원료의 분말 등을 조금씩 쌓아 올려 입체적 구조를 만들어내는 장치이다. 재생 의료 분야에서는 전용 장치를 통해 살아있는 세포의 작은 조직 및 콜라겐 등의 단백질을 축적한다. 이때의 재료 선택 및 사용 타이밍, 축적 방법 등도 연구의 중요한 테마로 자리잡고 있다.

도쿄대학의 다카토(高戶) 교수와 미네마쯔(峰松) 준교수는 3D프린터를 활용해, 욕창이나 당뇨병 등으로 인해 피부에 생기는 고질적인 상처를 치료하는 연구를 추진하고 있다. 이와 같은 상처를 가진 환자는 고령화 등으로 인해 그 수가 증가하고 있어, 장기 입원을 할 수 밖에 없거나, 치료 후에도 통증이 계속되는 등, 환자의 부담이 커지고 있다.

피부에는 표면의 표피와 내부의 진피 사이를 연결시켜주는 역할을 하는 미세하게 울퉁불퉁한 조직이 형성되어 있다. 피부의 진피까지 다치게 될 경우, 재생이 불가능해, 평평하게 되고 만다. 다카토 교수팀은 3D프린터를 통해「RCP」라고 하는 단백질 미립자를 쌓아 올려 표면이 울퉁불퉁한 층을 제작, 피부 구조와 동일하게 만들었다. 이것을 상처를 낸 실험쥐의 피부에 이식한 결과, 표피의 재생이 촉진되었다.

앞으로 단백질 미립자 사이에 지방으로부터 추출한 간세포를 투입해 효과를 높일 예정이다. 간세포로부터 발생되는 물질은 피부가 딱딱해지는 것을 억제하는 기능이 있어, 피부의 재생에 도움을 줄 것으로 전망된다. 손상된 진피를 보완하기 위해 스폰지 구조의 재료도 사용, 표피와 진피의 입체 구조를 모방한 조직을 통해 재생 의료 실현을 지향하고 있다.

후쿠오카 대학의 야나기(柳) 조교와 큐슈(九州) 대학의 타구치(田口) 교수는 3D프린터를 통해 세포를 축적하는 방법을 이용, 사람의 피부 세포로 가로 세로 1cm의 작은 조직 조각을 만들어 가슴과 배를 나누는 횡격막에 구멍을 낸 쥐에 이식했다. 횡격막에 구멍이 날 경우, 호흡 장애가 발생하게 된다.

그 결과, 조직이 이식된 5마리의 횡격막 구멍은 없어졌고, 3개월 이상 수명이 연장되었다. 그 효과는 합성 섬유막을 이식했을 때보다 높았다. 앞으로는 토끼 등에게도 실험할 예정이다. 횡격막이 태어날 때부터 없는 환자 등의 치료에 도움이 될 것으로 전망된다.

신슈(信州) 대학의 이마무라(今村) 조교와 큐슈 대학 발 벤처기업, Cyfuse(도쿄)는 사람의 골수 세포로부터 수 밀리 크기의 조직 조각을 만들었다. 이것을 방광이 다쳐 오줌을 저장하지 못하는 쥐에 이식하자, 건강한 쥐처럼 방뇨할 수 있는 상태까지 회복되었다. 조직으로부터 발생된 단백질 등이 방광의 재생을 촉진시켰을 것으로 보고 있다.

방광은 수축하는 근육으로 만들어진 봉투 모양의 장기로, 암의 방사선치료나 병으로 인해 단단해질 경우, 빈뇨의 원인이 된다. 향후, iPS세포의 활용도 검토, 10년 안에 사람으로의 이식을 목표로 하고 있다.

-- 장기 실현, 기술의 축적을 통해 --
3D프린터는 재료를 축적해 복잡하고 미세한 입체 구조를 만들어내는 것을 전문으로 하고 있다. 세포 및 단백질에 응용되는 프린터 기종 개발이 재생 의료 연구에 도움이 되고 있다. 피부의 난병 치료를 지향하는 도쿄 대학의 미네마츠(峰松) 특임 준교수는「3D프린터가 만들어졌기 때문에 연구에 착수할 수 있었다」라고 말한다.

재생의료를 실현화하기 위해 세포를 시트 상태로 배양해 이식하는 방법이 선행되고 있다. 또한 동물을「공장」으로써 활용하려는 아이디어도 있다. 그러나 이러한 방법 모두 발전 단계에 있어, 아직까지 어느 하나로 좁혀지지 않고 있다.

장기는 혈관이나 신경 등, 여러 가지 세포가 조합되어 이루어진 입체적 구조를 가지고 있다. 입체적 구조로 환자에게 이식될 수 있는 장기의 재현은 현재로선 먼 미래의 이야기이다. 작은 조직 조각의 이식 등, 한 걸음씩 기술을 쌓아나가는 것이 중요할 것이다.

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