창조기술 인공장기

미래창조과학기술 인공장기 

1.기술의 발전 과정과 개발 동향 기술의 발전 과정 1967년 남아프리카 공화국의 의사인 크리스천 버나드(Christian Barnard)가 심 장 기능 이상 환자에게 인공심장을 이식한 것이 최초의 인공장기 이식 사례 이다. 그러나 환자는 18일밖에 생존하지 못했다. 최초로 상용화된 인공장기 는 미국 아비오메드(Abiomed) 사에서 개발한 완전 삽입형 인공심장 아비오코 (AbioCor)로 2006년부터 미국 FDA에 의해 판매 허가를 받았다.

 

미국의 신카디어 시스템즈(SynCardia Systems, Inc.)는 2010년 6월, 완전 인공심 장에 전력 공급이 가능한 프리덤(Freedom) 이동식 드라이버188)를 이용한 완전 인공심장을 개발하여 3명의 환자가 이를 이식받은 후 퇴원하였다. 이듬해인 2011년 11월에는 스웨덴 카롤린스카(Karolinska) 연구소에서 다공성 섬유질 플라스틱으로 만든 기관지 모양의 지지체에 환자의 골수에서 추출한 줄기 세포를 심고 배양하여 기관지암을 앓던 환자에게 기관지를 이식하는 데 성 공하였다. 기술 개발 동향 세계적으로 전자기계·생체 인공장기는 심실 보조장치같이 이미 상용화 된 장치뿐만 아니라 프랑스 카르마(Carmat) 사의 인공심장과 미국 아비오메드 (Abiomed) 사의 완전 이식형 인공심장이 환자에게 이식되는 등 향후 상용화가 가능할 것으로 보인다. 미국 오르가노보(Organovo) 사에서는 환자에게 이식 가능한 세포로 이루어 진 바이오 잉크를 원하는 모양으로 쌓을 수 있는 3D 바이오 프린팅 기술을 개발하였다. 이를 이용하여 인공 간을 제작한 후 미국 외의 지역에서 임상 개발을 진행할 예정이다. 미국 밴더빌트대학교 메디컬센터(Vanderbilt University Medical Center)의 윌리엄 피셀 박사(Dr. William Fissell) 연구팀에서는 마이크로 실리 콘 칩과 신장 세포가 결합된 바이오-하이브리드(Bio-hybrid) 인공장기를 개발하 고 있으며, 2017년 말까지 준비조사를 진행할 계획이다. 국내에서는 조직공학기술189)을 이용한 맞춤형 혈관 및 피부 이식재를 개 발하고 있으며, 3D 프린팅 기술과 복합 생체 재료를 이용하여 인공뼈·인 공간을 개발하기 위한 연구를 진행 중이다. 2016년 12월에는 서울대·강원 대 연구진이 공동연구를 통해 돼지간을 이용한 인공간 개발에 성공하기도 하였다.

 

2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망 기술확산점 전문가들을 대상으로 인공장기의 기술확산점 도달 시기를 델파이 조사 한 결과, 세계 기준으로는 미국에서 2024년에, 국내 기준으로는 2029년에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 인체에 삽입되어 완전하게 독립적으로 기능하는 인공신장이 개발되어 인공신장 이식 건이 16%가 되는 시점으로 보았다.

인공장기의 실제 대체 가능성 및 활용성을 고려했을 때 인체 장기 중 신 장 이식 건190)의 비중이 가장 크고 인공장기 대체 가능성이 가장 높기 때문 에 신장 이식을 기준으로 설정하였다. 현재 인공 피부·연골·혈관·뼈와 같은 임플란트성 인공장기가 상품화되었지만, 신장과 간장 등 인체 주요 장 기에 대한 인공장기 개발은 대부분 연구단계에 그치고 있다. 따라서 아직 기 술적으로 완벽하지 않지만 조만간 인체에서 장기간 신장의 기능을 완벽하 게 구현할 수 있는 전기·기계 기반의 인공신장이 개발될 것으로 예상된다. 기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망 인공장기는 기술확산점 도달 이후 전자기계·생체 인공장기, 바이오 인 공장기, 차세대 인공장기의 단계로 발전해 갈 것으로 전망된다. 일단은 기술확산점에 이른 후에도 유전자가 일치하는 기증자를 찾기 어 려운 응급환자를 중심으로 전자기기 인공장기의 이식 사례가 확대될 것으 로 보인다. 이후 기술이 더욱 발전한다면 전자기계·생체 인공장기가 소형화되어, 환 자가 휴대하거나 인체 내에 삽입하여 일상생활이 가능하게 될 것이다. 인공장기 기술이 더욱 발전하면 동물의 조직이나 세포를 활용해 장기의 기능을 수행할 수 있는 보조기기 형태를 제작하는 것이 아니라, 인간의 세포 (줄기세포)를 이용하여 환자의 손상된 장기를 체외에서 배양한 후 이식하는 것이 가능해질 전망이다. 또한 기술의 고도화가 계속된다면, 3D 바이오 프린팅 기 술 및 바이오 잉크를 이용하여 인간의 장기와 유사한 크기와 기능을 갖춘 인 공장기를 제작하고, 면역 거부반응

없이 이식하는 시대를 실현시킬 것이다. 

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3. 미래사회 변화 전망 미국의 시장조사 전문기관인 마케츠앤드마케츠(MarketsandMarkets)의 발표에 따르면, 세계 인공장기 시장은 2012년 127억 달러에서 2017년 178억 달러 규모로 연평균 7.0% 성장할 것으로 전망된다. 출처88 인공장기의 개발은 현재 2만 명이 넘는 장기 이식 대기자에 비해 기증자 가 턱없이 부족한 장기 수급 불균형 문제를 직접적으로 해결할 수 있을 것 으로 기대된다. 인공장기 이식자가 점차 늘어남에 따라 인공장기에 대한 인 식 또한 개선될 것이며, 궁극적으로 인간 수명 연장에 크게 기여할 수 있을 것으로 보인다. 인공장기 분야가 발전하면 관련된 산업인 전기·기계 분야 및 세포·조 직 배양 등의 바이오 분야도 동반 성장하여 각 분야에서 막대한 시장 가치 를 창출할 것으로 기대된다.

 

4. 기술확산 실현을 위한 과제 인공장기가 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할까? 전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 인력 양성 (29.3%), 기술 개발(23.9%), 인프라 구축(17.0%) 등의 순으로 나타났다. 우선 연구 인력의 확충을 위한 다양한 제도적 지원이 필요하다. 특히, 의 공학 전공자 양성을 위하여 의용생체공학과와 같은 관련학과를 육성할 필 요가 있다. 의학과 공학을 섭렵한 융복합 R&D 역량을 지닌 인재의 육성과 바이오 인력 유출을 막기 위한 창의적 인재육성 교육환경과 안정적인 인건비를 제공할 수 있는 시스템이 갖춰져야 하는 것은 물론이다. 이와 더불어 이종 이식의 면역거부반응 해소, 인공장기의 기능 유지 등 인공장기가 제대로 기능할 수 있도록 지원하는 기술 개발이 시급하다. 기존 장기의 제작에 대한 기초적인 연구가 선행되어야 하고, 인공장기를 만들기 위한 줄기세포 기술 및 세포·조직 배양 기술, 생체 신소재 등 기반기술 개 발도 필요하다. 인공장기 연구를 수행하기 위한 인프라 경쟁력이 세계 상위 수준과 비교 하면 미흡하므로 국가핵심시설 인프라와 장비의 적극적 지원이 요구된다.

또한 기업 간 기술 협력, 지식재산권 보호 등을 위한 유기적 협력 시스템을 마련해야 한다. 인공장기의 시장 창출과 확대를 위해서는 인허가 제도 마련과 규제완화 가 중요하다. 인공장기 연구결과의 불확실성으로 인한 환자의 병원 비용 및 고통 등과 같은 리스크 절감을 위해 비용 분담 및 인공장기 관련 전문병원 설립 등과 같은 지원 제도 또한 마련되어야 한다. 해외 사례를 들어보면, 미 국에서는 인공장기 개발을 위한 정부 지원 프로그램을 이미 1996년부터 실 시하고 있고, 일본은 3개 연구그룹의 협업을 통해 2012년 완전 삽입형 인공 심장 무선 펌프를 개발하였다. 또한, 인공장기 적용 확대에 필수적인 임상 시험 절차와 규정도 체계적으로 확립한 상황이다. 우리나라도 인공장기에 대한 관리 주체 및 분류체계를 정확히 정의해야 하고, 지속적인 연구개발에 대한 지원을 뒷받침해야 한다. 마지막으로 공학자·과학자·의사들이 모여 자유롭게 기술에 대한 토론 을 하고 과제를 제안할 수 있는 연구 협력 인프라도 마련해야 한다. 지속적 인 기초 및 임상연구를 위하여 산학연 협력뿐만 아니라 선진국이 포함된 국 제공동연구 등 해외 연구기관과의 협력체계를 구축하는 것 또한 필요하다.