인공 관절의 제작 방법 document_id A220623041473

연골은 연골 세포와 연골 기질로 구성되는 결합 조직이고, 관절 뼈는 충분히 두께가 있는 연골에 의해 덮여져 있는 조직이다. 그리고, 관절은 부드러운 움직임이 가능하도록 연골에 의해서 지탱되고 있다. 그러나, 연골이 일단 손상되거나 파괴되면, 자연 치유되는 경우는 매우 드물다. 그래서 종래, 변형성 관절증이나, 관절 류머티즘 등에 의해, 관절로서의 기능이 고도로 저하된 증례(症例)에 대하여는 금속이나 세라믹스, 폴리에틸렌으로 이루어지는 인공 관절 치환술이 선택되어 왔다. 이 방법은 손상된 관절 연골을 절제하여, 금속이나 세라믹스나 폴리에틸렌 등의 인공물로 관절면을 덮도록 씌우는 수술법으로, 전 세계에 널리 보급되어, 현재에도 주요한 치료법이다. 또한, 오랜 세월에 걸쳐 소재의 개량 또는 디자인의 개량 등으로, 10년 이상의 장기간에 걸쳐 유용성이 확인되어 있다. 그러나, 금속이나 세라믹스, 폴리에틸렌은 생체에 있어서 이물(異物)이고, 또한 자기 수복 능력을 바랄 수 없는 소재이다. 또 소재에 기인하는 여러 문제, 예를 들어, 마찰, 부식 피로, 인공 관절과 뼈 계면의 헐거움, 가라앉음, 감염 등이 발생된다. 실제로, 인공 관절이 마모 및 손상되어, 부득이하게 재수술을 해야 하는 증례는 수없이 많다. 따라서, 인공물을 소재로서 이용하는 현재의 인공 관절을 사용한 치료법을 대체하는 새로운 치료법의 개발이 요망되고 있었다. 최근, ES 세포나, 자기 유래의 세포를 베이스로 한 조직이나 기관을 재생시키기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 관절 연골에 있어서도, 부분 결손에 관하여 여러 조직 공학을 이용한 기술이 개발되어 왔다. 예를 들어, 결손부에 자기 유래의 세포를 이식함으로써, 주위의 건상부로부터의 재생 인자의 분비를 유도하여, 결손의 치유를 기대하는 방법이 개발되었다 (Treatment of deep cartilage defects in the knee with autologous chondrocyte transplantation. N Engl J Med. 1994 Oct 6; 331(14): 889-95). 그러나, 이 기술은 결손부를 메우는 방법에 불과하기 때문에, 광범위한 관절 파괴에 대한 치료법으로서 응용하기는 어렵다. 한편, Vacanti 들에 의해서, 결손된 귓바퀴나 손가락의 재생 방법에 관한 연구가 발표되었다 (Transplantation of chondrocytes utilizing a polymer-cell construct to produce tissue-engineered cartilage in the shape of a human ear. Plast Reconstr Surg. 1997 Aug; 100(2): 297-302). 이 방법은 미리 귀나 손가락의 형태로 성형한 폴리머 등의 담체 위에 환자의 세포를 부착시켜, 이것을 누드 마우스의 피하에 이식하고, 마우스로부터 공급되는 영양을 이용하여 콜라겐 등의 세포외 매트릭스의 생성을 촉진시켜, 이식 조직의 형상을 얻는다는 방법이다. 누드 마우스는 면역계가 결손된 마우스이고, 환자 유래의 세포를 마우스 체내에서 증식시킨 후, 환자에게 재이식하더라도, 거절 반응이 없다는 특징을 갖기 때문에 이용 가치가 높다. 그러나, 마우스의 크기에는 한계가 있기 때문에, 이 방법으로 제작가능한 조직의 크기는 마우스의 크기에 의존한다. 또한, 이 방법에는 종교상의, 또는 동물 애호의 관점에서 문제가 생긴다. 또, 동물에 대한 거부감, 광우병으로 대표되는 감염증의 리스크 등을 항상 고려해야만 한다. 마우스보다 대형의 동물, 예를 들어 돼지의 면역능을 결손시켜, 재생 의료에 응용하는 시도도 있지만, 이 경우에도, 타종 동물의 체내를 거친 조직을 인간에게 이식하는 행위에 대한 혐오감이나 미지의 감염증의 리스크 등과 같은 문제점에 아무런 해결점을 찾지 못하고 있다. 또한, 겔로 주형을 만들고, 주형의 주위에 세포 현탁액을 부착한 뒤에, 폴리머 등에 세포를 부착시키는 방법이 개시되어 있다 (일본 공개특허공보 2003-144139호). 이 방법은 세포 현탁액의 부착을 목적으로 하는 것이기 때문에, 실제로는 막 형상의 것이 제작되는 것에 지나지 않아, 관절 연골처럼 두께를 갖는 조직을 제작하기는 어렵다. 이 때문에, 관절 연골에 상당하는 부분에 두께를 갖게 하게 위해서, 미리 분해성 폴리머로 제작한, 솜 형상의 골격에 연골 세포를 부착시켜 두께를 갖게 하는 방법이 발표되어 있다. 그러나, 이 방법에 의하면 관절 연골 부분에 폴리머가 잔존하기 때문에, 분해되는 과정에서 유독 물질로 변하여, 세포에 악영향을 미칠 가능성이 우려된다 (Chondrogenesis in a cell-polymer-bioreactor system. Exp Cell Res. 1998 Apr 10; 240(1): 58-65.). 한편, 콜라겐 겔 내에 세포를 매몰시켜 연골을 재생하는 시도가 이루어지고 있지만, 콜라겐은 소 등 다른 동물 유래인 점, 이식 모상과의 친화성에 관해서 문제가 있다고 생각된다 (Transplantation of cartilage-like tissue made by tissue engineering in the treatment of cartilage defects of the knee. J Bone Joint Surg Br. 2002 May; 84(4): 571-8.)).