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2016년 5월 6일 금요일

3D 프린터로 인공 뼈 만들기



(A sample 3-D printed scaffold that matches the lower jaw of a female patient. Credit: Johns Hopkins Medicine)


 3D 프린터는 앞으로 의료 부분에서 큰 혁신을 이룰 수 있을 것으로 기대되고 있습니다. 그 가운데서 특히 응용이 빠를 것으로 기대되는 부위는 다양한 형태의 스텐트 및 보형물입니다. 그 다음 단계는 환자 자신의 뼈를 대체할 수 있는 인공 뼈의 개발입니다. 


 많은 사람들이 사고나 종양, 기타 다양한 이유로 안면 손상을 비롯한 다양한 골절 및 손상을 입습니다. 특히 안면 골절 및 손상의 경우 복잡한 모양의 뼈를 대체하기가 쉽지 않은 것이 문제였습니다. 물론 사람마다 생김새가 제각각인 것도 재건 수술을 하는데 어려움이었습니다. 


 존스 홉킨스 대학의 워렌 그레이슨 교수(Warren Grayson, Ph.D., associate professor of biomedical engineering at the Johns Hopkins University School of Medicine)와 그의 동료들은 3D 프린터 기술을 이용해서 하악골처럼 복잡한 모양의 뼈를 출력할 수 있는 방법을 연구했습니다. 


 이들이 사용한 방법은 뼈로 만든 가루와 생체내에서 분해되는 폴리머인 PCL(polycaprolactone)을 3D 프린터로 출력하는 것입니다. PCL의 역할은 접착제이고 실제로 세포가 붙어서 뼈를 자라게 만드는 역할은 바로 뼈 가루가 담당하게 됩니다. PCL이 나중에 분해되고 나면 진짜 뼈가 남게 되는 것이죠. 뼈를 만드는 세포는 환자 자신의 것을 배양해서 사용하게 됩니다. 


 연구팀은 뼈 가루와 PCL의 가장 이상적인 조합을 알기 위해 쥐를 이용한 실험을 진행했습니다. PCL는 단단하고 가공이 쉬우며 3D 프린터로 쉽게 출력이 가능하다고 합니다. 또 PCL을 많이 사용할수록 뼈를 적게 사용해도 되므로 이득입니다. 그러나 반대로 뼈 성분이 적어지면 세포들이 잘 자라지 않습니다. 


 연구 결과 70% 뼈 가루로 구성된 3D 프린팅 인공 뼈는 세포 성장 면에서 가장 유리했으며 30% 뼈 가루로 구성된 경우에는 강도가 가장 튼튼했습니다. 재건해야하는 뼈의 위치와 모양에 따라 비율이 달라질 수 있겠지만, 가능하면 뼈 가루를 적게 사용할 수 있으면 더 좋을 것입니다. 궁극적으로는 세포만 이식해서 진짜 뼈로 대체할 수 있다면 가장 좋겠죠. 


 미래에 이런 일이 가능하다면 외과 치료 영역에서 획기적인 전기를 마련할 것으로 기대됩니다. 물론 그전에 사람에서 적용해도 안전하고 효과적인 치료인지 검증 과정을 거쳐야 하겠지만, 미래의 유망주 가운데 하나라는 점은 분명해 보입니다. 


 앞으로 효과적이고 안전한 3D 프린팅 이식 뼈가 등장해서 많은 환자들을 도울 수 있기를 기대해봅니다. 


 참고 


 Ben P. Hung et al, Three-Dimensional Printing of Bone Extracellular Matrix for Craniofacial Regeneration, ACS Biomaterials Science & Engineering (2016). DOI: 10.1021/acsbiomaterials.6b00101 

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