코재수술 (코성형)에 응용되는 3D 프린팅 조직재생기술Tissue Reshaping — 사례와 설명

백정환입니다.

오늘은 코재수술 또는 코성형 수술에 활용되는

3D프린팅 조직재생 기술에 대해 설명 드리겠습니다.

개인적으로는

이러한 개념을

Tissue Reshaping

이라 칭하고 있습니다.

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먼저 동영상으로 설명 드리겠습니다.

원문에서 수술 설명 동영상 보기

지금까지 3D 프린팅 기술의 의학적 활용은

주로 보형물에 국한되어 있었고,

이는 생체 자가조직이 아닌 이물질로 이뤄진

보형물이라는 한계가 존재 했습니다.

Cell printing 기술이

조직재생 분야에서 굉장히 많이 연구되고 있지만,

아직은 실험실 단계이고,

수술에 활용할 수 있을만큼

세포를 조직까지 배양하는 또는 적층하는 문제에

많은 법률적, 기술적 제한점이

있었던 것이 사실입니다.

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이론적으로 자가 조직이 가장 좋은 것은

교과서적으로나 임상적으로 맞지만,

공여부(채취부위)에 결손을 남긴다는 점

원하는 형태로 가공하기 어렵다는 점

흡수나 생착에 많은 변수가 있다는 점

등이 실제 활용에 제한이 있다는 사실을

많은 임상의사들은 부정 할 수 없었습니다.

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오늘 소개 드리는 내용은 다소 도전적이고,

실험적인 방식의 수술로

아직 그 장기 결과를 확인하지는 못한 방식 입니다.

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PCL이라는 재료의 특성상

대략 3-4년은 지난후에 결과를

판단해야 하므로 아직 널리 활용하기에는

제한이 있다는점 기억하시기 바랍니다.

외상 후 코뼈 결손과 재건 계획

작년경에 제게 최초 내원했던 환자로

외상후 발생한 콧등 부위의 함몰을 주소로

코재수술 (코재건수술)을 원하셨던 분입니다.

외상시 코뼈가 바스러지듯이 부서졌고,

외상 직후 수술에서 조각난 뼈조각을

플레이트와 스크류를 통해서

형태를 회복하려 했지만,

결과는 위 사진처럼

뼈는 모두 흡수되고

고정을 위해 삽입한 금속이

겨우 피부를 지탱하고 있는 상태였습니다.

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일반적으로 이러한 경우

콧등에 보형물을 통해 수술하기엔

염증의 위험성 때문에

많은 제한이 있기에

자가조직을 통한 재건 수술이 되어야 하지만,

현실적으로 자가 조직으로

원하는 형태와 모양을 만들기는

어려움이 있습니다.

3DCT 뼈음영에서 보시면

위사진과 같이

코뼈가 있어야할 부위에

뼈는 남아 있지 않고,

비강 점막 위로

플레이트와 스크류만 남아 있는 모습입니다.

확대를 해서 보면,

3D CT 모습과 실제 모습에서

뼈는 남아 있지 않고

금속만 남아 있는 모습이 확인 됩니다.

일반적으로 이러한 경우에

교과서적으로는

Cantilever Graft 라는

늑골과 늑연골을 동시에 사용하는

코재수술 방법을 사용합니다.

다만, 대학 재직 시절 이러한 수술을

몇 case 해보았지만,

그 결과는 굉장히 실망스러워서

다시는 하지 않기로 마음 먹었던 수술 입니다.

이 환자의 3DCT에서

금속 고정물 (플레이트 & 스크류)를

컴퓨터 상에서 제거한 모습입니다.

코뼈가 있어야 할 부위에

뼈조직은 전혀 남아 있지 않은 모습을

확인 할 수 있습니다.

이환자의 현재 모습에서

수술 후 얻고자하는 모습에

필요한 볼륨 형상을

디자인 하는 과정의 모습입니다.

3D 모델링 수정 과정에서

이런 저런 의견 교환이 있었던

이미지 모습입니다.

최종 디자인된 볼륨의 모습입니다.

교과서적으로는

Cantilever Graft 방법 이외에

늑연골과 측두근막 (Temporal fascia)를 활용하는

위와 같은 수술 방법이 있지만,

이 역시 흡수와 울퉁불퉁함이

문제가 있어 이 환자에게는 적합하지 않다고

생각했습니다.

대신 이 방법을 응용하고,

3D프린팅 기술 및 조직배양 기술을

접목해서 새로운 방법을 시도해 보았습니다.

PCL 스캐폴드와 자가늑연골 준비

앞서 디자인한 볼륨을

3D프린터로 PCL 이라는 흡수성 Polymer로 제작한

scaffold의 모습입니다.

환자의 늑연골을 채취한 모습입니다.

이 늑연골을

잘게 자르고 으깨서

앞서 출력한 PCL scaffold에

빼곡히 packing을 하였습니다.

위 사진처럼 PCL scaffold에

환자의 늑연골을 빈틈 없이 packing 하였습니다.

이 상태로 삽입을 하여도

기존 방법보다는

형태나 흡수에서 우월할 것이라 생각되지만,

보다 나은 결과를 위해서

위 형태의 Scaffold와 자가늑연골을

환자의 늑연골 채취 부위에

다시 이식하고

1달 동안 incubating 하였습니다.

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Cell의 경우는 Bioreactor를 통해

증식 배양을 할 수 있지만,

현행 대한민국에서는 이러한 체외배양은

불법소지가 있고,

세포의 증식만을 얻을 수 있을뿐

조직의 생착에 가장 필요한

Micro environment를 만들어 주지 못한다는

한계가 있습니다.

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또한 환자 본인의 몸은

최고의 bioreactor 이자

micro environment 및 micro vasculature를

생성하는 최고의 환경이기에

두번 수술을 하는 번거로움보다

한달간 incubating 하는 방법이

이득이 많다고 판단하였습니다.

한 달간 이식 후 코재건과 초기 경과

이식 배양 한달후

채취한 PCL Scaffold 및 자가 늑연골의 모습입니다.

빈틈이 자가조직으로 메워짐과 동시에

이식된 연골끼리의 결합이 생겼고,

이러한 Hybrid 형태의 조직에 필수적인

미세혈관도 자라들어간것을

확인 할 수 있었습니다.

또한

이 형태는 수술중 Tooling을 통해

재 조각을 하여 환자에게

보다 정확하게 맞는

형태로 만들 수 있다는 장점도 있었습니다.

수술 전후 3D CT 피부음영을

중첩해서 본 이미지 입니다.

콧등의 높이와 코끝이 높이가 수술 전에 비해

많이 만들어진 모습입니다.

고개를 든 모습에서도

높아진 코끝을 확인 할 수 있습니다.

실제 수술 전후 측면 모습에서도

울퉁불퉁함 없이 매끈한 콧등과

높아진 코끝을 확인 할 수 있습니다.

사면에서 역시

높아진 콧등과 코끝을 확인 할 수 있습니다.

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다소 실험적이고 모험적인 수술이었고,

그 결과는 현재까지는 굉장히 만족 스럽습니다.

현재 8개월 정도결과를 보았고,

향후 2-3년간 결과를 지켜 보면

이러한 방식의 수술이

외상이나 선천성 기형이 있는 환자에서

도움이 되는 수술방법이 될 수 있지 않을까 합니다.

또한,

미용수술 부작용 환자에서도

조금은 활발히 응용될 수 있으리라 생각됩니다.

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아직은 섣부른 판단을 하기 어렵지만,

그 결과는 다른 이전 교과서적인 선택보다

더 나으면 나았지

못하지는 않을꺼라 생각 됩니다.

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비슷한 문제로 고민하시는 분들께

도움이 되는 내용이 되었길 바랍니다.

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수술진행에 도움을 주신

T&R Biofab 임직원 및 이정석 연구원께

감사드립니다.

자주 묻는 질문

Tissue Reshaping 사례에서 어떤 재료와 과정을 사용했나요?

외상 후 코뼈 결손 환자에서 3D 프린팅 PCL 스캐폴드에 자가늑연골을 채우고, 채취 부위에 한 달간 다시 이식한 뒤 코재건에 활용한 과정을 설명합니다.

원문 작성 당시 어느 정도 경과를 관찰했나요?

2018년 원문은 약 8개월의 결과를 관찰했으며 향후 2~3년 더 지켜볼 필요가 있다고 설명합니다.

장기 결과가 확립된 일반적 수술법으로 소개하나요?

원문은 도전적이고 실험적인 방식이며 장기 결과를 확인하지 못했고 널리 활용하기에는 제한이 있다고 명시합니다.