미래부(장관 최양희)와 한국연구재단(이사장 정민근)은 이달의 과학기술자상 5월 수상자로 포항 공과대학교 기계공학과 조동우 교수를 선정했다고 밝혔다.
미래부와 연구재단은 조동우 교수가 인체 내 손상된 조직·장기를 재생할 수 있는 3D 프린팅 기술을 개발해 기존의 생물·의학 기반의 조직공학 및 재생의학을 기계공학 기반으로 전환시키는데 크게 기여하였다고 선정의 배경을 설명했다.
조동우 교수가 개발한 3D 조직·장기 프린팅 시스템은 수십 센티미터 정도의 제작 크기 및 수십 마이크로미터 수준의 제작 정밀도를 갖는 세계 최고 수준의 바이오 프린팅 시스템으로 다양한 생체 조직과 세포를 동시에 제작할 수 있다.
조동우 교수는 3D 전조직체(pre-tissue : 인체의 생체조직으로 발전하기 직전 단계의 조직체)라는 독창적인 개념을 창안했다. 3D 전조직체는 인체 조직·장기의 복잡한 형상과 내부 구조를 그대로 모사한 것으로, 조직을 재생할 세포들에게 효과적으로 성장인자(세포의 성장과 분화를 촉진하는 인자)를 전달하고 산소와 영양분을 원활하게 공급하는 역할을 한다.
3D 프린팅 시스템을 이용하여 환자 맞춤형 인공지지체를 제작하는 개념은 임상에 적용되었다. 조동우 교수는 2014년 6월 서울 성모병원 의료진 등과 함께 눈을 지탱하는 안면골의 뼈가 심하게 함몰되어 복원 성장이 더딘 환자에게 실제 정상 뼈와 일치하는 구조물을 3D 프린터로 제작하여 인체에 이식하는 수술을 성공적으로 수행했다.
* 인공지지체 : 이식된 세포 또는 이식 부위의 주변 세포가 성장할 수 있도록 지지 역할을 하는 구조체로서 하이드로젤 또는 의료용 고분자 등 생체 적합성 물질로 제작
3D 프린팅을 이용한 인공기관, 재생용 구조체 제작은 그 동안 세계 여러 나라에서 활발하게 진행되어 왔지만, 사람에게 실제 이식한 사례는 단 몇 건에 불과하다. 특히 3D 프린팅 구조물로 외모 향상을 위한 광대뼈 성형에 실제 성공한 것은 세계 처음이다.
안면골 재건에 3D 프린팅 기술을 적용한 사례는 환자의 늑골을 채취하여 손으로 가공하고 성형을 하는 등 번거로운 기존의 치료 방식을 뛰어 넘을 수 있다는 점에서 큰 의미를 갖는다.
또한 기술 이전을 통해 2015년 2월 삼성서울병원, 2015년 8월 서울 성모병원에서 두 차례 더 안면기형 환자의 안면골 재건을 위한 임상치료에 성공적으로 적용됐다.
조동우 교수의 연구 성과 중에 주목받는 또 하나는 조직ㆍ장기 맞춤형 바이오 잉크 개발이다. 이는 실제 조직과 같은 성분의 탈세포화된 조직으로 인공조직을 만들 수 있어 국내 재생의학 수준을 한 단계 높인 것으로 평가받고 있다.
조동우 교수의 3D 조직·장기 프린팅 기술 관련 연구 결과는 바이오 머테리얼즈(Biomaterials), 액타 바이오 머테리얼리아(Acta Biomaterialia), 바이오패브리케이션(Biofabrication), 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 등 세계적 학술지에 발표되었다.
기계공학자이면서 바이오 분야에서도 권위를 인정받고 있는 조동우 교수는“3D 프린팅으로 줄기세포를 넣어 장기의 최소 기능을 할 수 있는 3차원 세포집합체인 오가노이드(Organoid)를 만드는 연구를 계속 진행하고, 이러한 연구결과를 임상에 적용해 재생의학에 기여하고 싶다.”라고 앞으로의 연구 포부를 밝혔다.
* 오가노이드 : 체외 환경에서 세포를 배양하여 만든 실험용 미니 장기로서 줄기세포를 이용하여 3차원 세포집합체를 제작함으로써 장기의 최소 기능을 할 수 있게 함.
1997년 시행 이후 올해로 20년을 맞이하는 이달의 과학기술자상은 과학기술자의 사기 진작 및 과학기술 마인드 확산을 위해 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 미래부 장관상과 상금을 수여하고 있다.
