공학도-의사 뭉쳐 ‘인공뼈’ 국산화

바이오알파가 개발한 인공뼈 ‘본칩(Bone Chip)’. 으스러진 뼈 부위에 채워 넣어 주변의 정상 뼈들이 잘 달라붙게 만든다. 내부에 혈관이 통과할 수 있도록 미세한 구멍을 뚫는 것이 핵심이다. 김재명 기자

국내 최초로 인공뼈를 개발한 주역들. 서울대 공대 재료공학과 홍국선 교수, 류현승 바이오알파 대표, 서울대병원 이춘기 교수(왼쪽부터). 김재명 기자

《충북대 의대 정성수(현 삼성서울병원 정형외과 의사) 교수는 사고로 뼈가 부서지거나 척추 디스크가 닳아 없어진 환자를 볼 때마다 한계를 느꼈다. 치료용 뼈를 구하기 어려운 현실이 답답했다. 서울대 공대 재료공학과 홍국선 교수는 인체에 ‘쓸 만한’ 신소재를 잔뜩 만들었지만 정작 동물이나 사람 대상의 임상연구에는 ‘까막눈’이었다. 1995년 이 두 사람이 만나 의기투합했다. ‘공학도와 의사’는 11년의 공동연구 끝에 마침내 국내 처음으로 ‘인공뼈’를 개발하는 데 성공했다. 이 인공뼈는 식품의약품안전청의 허가를 받아 24일 시판에 들어갔다.》

○ 낯설지만 운명적인 만남

1995년 당시 정 교수는 뼈가 필요할 때 환자의 엉덩이뼈, 병원에 보관된 다른 사람의 뼈, 화학 처리한 소뼈 등 ‘생체’ 뼈를 이식하는 데 의존했다.

그러나 생체 뼈를 구하기 힘든 데다 합병증이나 면역거부반응 등 부작용이 적지 않다는 문제가 있었다.

정 교수는 ‘이럴 바에야 인공뼈를 직접 만들어 보자’고 결심했다. 진료를 중단하고 서울대 의대 박사과정에 진학했다.

그가 가장 먼저 찾은 곳은 서울대 재료공학과 홍 교수의 연구실.

정 교수의 ‘의지’를 읽은 홍 교수는 정 교수의 스승인 서울대 의대 이춘기 교수를 찾아가 인공뼈 공동개발 의사를 전했다. 두 사람은 성공할 때까지 같이 연구하기로 했다.

즉시 연구 프로젝트가 가동됐다. 의대는 뼈의 디자인과 독성 및 효능 평가를, 홍 교수팀은 신소재와 제조공정을 맡았다.

○ 토끼수술에 매달린 의사들

연구에 매달린 지 5년째인 2000년 마침내 ‘실험용’ 인공뼈가 만들어졌다. 인체에 면역 거부반응을 일으키지 않는 특수재료(세라믹)에 혈관이 들어가는 미세한 구멍을 내 인공뼈를 만들었다. 무엇보다도 세라믹 내부에 혈관 크기의 구멍을 만드는 것이 힘들었다.

으스러진 뼈 부위에 세라믹을 이식한다고 생각해 보자. 이식 후 주변 정상 뼈들이 자라나 서로 달라붙어야 한다. 이때 세라믹 내부로 혈관이 통과해야 으스러진 부위가 더 확실히 결합된다. 따라서 세라믹 내 구멍은 혈관이 통과할 정도의 크기로 만들어야 효과적이다.

정 교수는 “가장 앞섰다는 일본의 인공뼈는 구멍이 너무 작아 혈관이 통과하지 못한다”면서 “구멍 지름을 300μm(마이크로미터·1μm는 100만분의 1m)로 균일하게 만들어 이 문제를 해결했다”고 말했다.

동물실험은 정형외과 의사들의 몫이었다. 의사들은 “사람보다 토끼 수술을 더 많이 해 봤다”고 할 정도로 실험에 매달렸다.

○ 공학-의학 합작 첫 작품

홍 교수팀과 서울대병원 삼성서울병원 서울아산병원의 정형외과 의사들은 인공뼈 개발을 위해 2000년 벤처회사 ‘바이오 알파’를 설립했다. 여기에 대웅제약이 연구개발비를 지원하면서 주주사로 참여했다.

바이오알파가 개발한 인공뼈 ‘본그로스-HA’는 으스러진 뼈 부위에 채워 넣는 ‘본칩(Bone Chip)’과 닳아 없어진 척추 디스크를 대체할 수 있는 ‘스페이서(Spacer)’ 등 두 종류.

국내에서 공학과 의학이 만나 성과물을 낸 첫 번째 사례다. 현재 인공뼈 시장 규모는 국내 1200억 원, 전 세계 5조 원으로 추산된다. 유럽에서는 전체 뼈 이식 분야에서 인공뼈가 차지하는 비율이 35%에 이른다.

류 대표는 “인공뼈를 먼저 개발한 영국 프랑스 일본 제품보다 성능이 낫다고 자신한다”며 “올해 국내시장을 공략한 후 내년부터 유럽에 진출할 계획”이라고 말했다.

개발의 주역인 홍 교수는 “치과와 이비인후과에서 사용될 새로운 인공뼈를 개발 중”이라며 “바이오산업이 발전하려면 무엇보다 공학과 의학의 협력이 중요하다”고 했다.

김훈기 동아사이언스 기자 wolfkim@donga.com