코 제거 수술한 피부암 환자, 3D 바이오 프린팅 기술로 연골 제작
앨버타 대학교 연구진은 3D 바이오 프린팅 기술을 이용해서 수술에 사용할 맞춤형 연골을 만드는 방법을 발견했다.

이 일은 수술 후에 코 연골의 결함을 안고 사는 피부암 환자들의 용모를 외과 의사들이 안전하게 복원하는 것을 더 쉽게 만드는 것을 목표로 삼고 있다. 연구진은 특별히 디자인한- 젤로와 비슷한 물질인 - 하이드로젤을 사용해서, 환자로부터 채취한 세포들과 혼합한 후 3D 이미지로 구현해서 얻은 특정한 모양으로 프린트해냈다. 그것을 몇 주 동안 실험실에서 배양을 하면 기능을 발휘하는 연골이 된다.

의학-치의학 학부의 외과학 교수인 아데톨라 아데시다는 다음과 같이 말했다. “사람에게서는 연골을 만드는 것이 한평생이 걸리지만 이 방법으로는 약 4주가 걸린다. 그러니 우리는 어느 정도의 성숙 과정을 거쳐야 할 것으로 예상하며, 특히 인체에 이식할 때 그러하다. 그러나 완성되면 기능적으로는 연골이 하는 일을 할 수가 있다.”

공학부의 교수인 야르만 볼룩은 다음과 같이 거들었다. “그러려면 어떤 기계적인 특성을 가져야만 하고 또 내구성도 있어야만 한다. (최초에) 92%가 물인 물질이어야 요구 조건이 충족된다.”

아데시다 교수와 대학원생인 샤오이 란은 많은 피부암 환자들이 겪는 임상적인 문제에 대해 더 좋은 해결책을 내놓기 위해 3D로 프린트한 연골을 만드는 이 프로젝트를 주도했다. 매년 북미에서는 300만 명이 넘는 사람이 비흑색종 피부암이란 진단을 받는다. 그 중 40%는 코에 병변이 있고 많은 환자가 코를 제거하는 수술이 필요하다. 이와 같은 수술로 많은 환자가 연골이 제거되어 얼굴이 보기 흉하게 될 수가 있다.

전통적으로 외과 의사들은 환자의 갈비뼈에서 연골을 채취해서 필요한 크기와 모양에 맞도록 모양을 바꾸어서 복원수술을 한다. 그러나 그런 수술은 합병증이 수반된다.

배양 연골 이식 후 유지되는지 동물 모델 테스트 진행
아데시다는 이렇게 설명했다. “외과 의사가 코를 재구성할 때는 코가 직선이다. 그러나 그런 코가 새로운 환경에 적응하면 리모델링 과정을 거치면서 모양이 변해서 마치 갈비뼈가 구부러진 것처럼 휘어진다. 그러면 얼굴에 시각적으로 문제가 된다. 다른 문제는 코를 복원하기 위해 폐를 보호하는 갈비뼈 칸막이를 여는 것이다. 아주 중요한 해부학적 위치이다. 환자의 폐가 허탈된 폐일 수가 있는데 그런 경우 사망 위험이 훨씬 더 높아진다.”

연구진은 자신들의 연구가 정밀의학과 재생의학 양쪽의 본보기라고 말했다. 환자를 위해 특유하게 프린트된, 실험실에서 배양한 연골은 허탈된 폐나 폐의 감염이나 환자 갈비뼈 부위의 심한 흉터를 피할 수 있게 해준다.

아데시다는 다음과 같이 말했다. “이것은 환자에게 유익하다. 환자들은 수술대에 올라가고 약 30분 안에 코의 조직을 조금 잘라서 생체검사를 하고 그 다음에 우리는 그 환자들만을 위한 상이한 모양의 연골을 만들 수가 있다. 우리는 그런 세포들을 심지어 보관하고 나중에 그것으로 수술에 필요한 모든 것을 만들 수가 있다.”

연구진은 연구를 계속하고 있고 이제는 실험실에서 배양한 연골이 이식한 후에도 그 성질을 유지하는지를 동물 모델로 테스트하고 있다. 연구진은 연구를 진척시켜 2~3년 안에 임상시험을 할 수 있기를 희망하고 있다.

참조:
X. Lan et al., "Bioprinting of human nasoseptal chondrocytes‐laden collagen hydrogel for cartilage tissue engineering" FASEB J. 2021 Mar;35(3):e21191. doi: 10.1096/fj.202002081R.