얼마전 서울 한 대학병원의 흉부외과 의사가 교통사고로 인하여 사망하는 일이 알려졌다. 자동차의 속도를 제한하고 일단정지를 의무화해도 이런 사고가 계속되니 참으로 안타까운 일이다. 흉부외과에서 주로 하는 수술은 심장 수술, 관상동맥 수술, 대동맥 수술 등인데 모두 위중하거나 치명적인 상태를 초래하기 때문에 응급을 다투기 쉽다. 그중 비만과 고혈압 등 선진국형 질병으로 인해 관상동맥이 막히는 협심증이나 심근경색은 날로 증가하고 있다. 심장에 혈류를 공급하는 관상동맥이 막히면 예전에는 혈관을 떼어서 이식하는 수술을 했지만, 요즈음은 주로 스텐트 시술을 하게 된다. 또 부정맥이 있어서 심장박동이 불규칙한 경우에는 심장박동기를 몸에 삽입하여 심장까지 연결된다.
우선 인체에 삽입되는 물질들의 조건은 매우 까다롭다. 삽입되는 물질들은 biologically compatible (생물학적 호환성) 해야 한다. 가장 먼저 만족해야 하는 조건이 ‘생물학적 호환성’이다. 이는 생물학적으로 양립할 수 있다는 뜻인데 우리 몸 속에 들어가서도 안전함을 지칭한다. 사실 우리의 몸은 자가 조직만을 허용하며 그 외의 물질은 모두 “침입”하는 것으로 여겨 배척하게 된다. 신체의 안전을 고려할 때 가장 중요한 생물학적 반응은 면역 반응과 발암 작용으로 이 두 가지가 안전해야만 사용이 가능하다.
1. 높은 효능 (efficacy)
안전한 물질 중에서도 각 부위와 작용에 맞는 물질을 선택해야 한다. 상처 부위를 덮어 주는 물질은 상처를 보호하고 마르지 않게 하며 치유가 빨리 될 수 있는 작용을 지녀야 한다. 유방 삽입물의 경우 아무리 촉감이 좋더라도 터지거나 충격에 약하다면 사용할 수 없으며 뼈에 이식하는 물질은 뼈가 잘 생성될 수 있는 구조를 가지고 있어야 한다. 얼굴이나 두개골에 사용되는 물질은 안전하거니와 힘을 잘 견뎌서 각 부위를 지탱할 수 있는 물질이어야 한다. 이러한 안정성이나 효용성은 실험실 테스트를 하고 동물실험을 하여 확인한 후 임상시험을 거쳐 사용할 수 있다. 또한 인체의 표면 보다는 내부로 삽입되는 물질일수록 등급이 높아지고 조건이 까다롭다.
2. 감염성
삽입물이 인체에 들어가서 감염될 가능성을 말하는 것으로 국소적인 염증부터 전신적 감염에 이르는 광범위한 안전성을 의미한다. 수술적으로 물질을 삽입할 때 조직의 손상이나 출혈 등은 정상적인 염증반응을 일으키며 일시적으로 감염에 약해질 수 있다. 때문에 삽입물과 조직 사이에 생물학적 반응이 적은 물질을 선택해야 하며 완전한 소독은 물론 환자의 전반적인 건강 상태도 매우 중요한 것이다. 인체 내의 장기 혹은 피부를 봉합하는 실(봉합사)들도 동물의 장기에서 만든 제품도 많이 있으며 그 구조와 성분에 따라 염증, 감염에 반응하는 정도가 다르다.
3. 인체에 쓰이는 물질의 종류
인체에 들어가는 물질은 첫째, 무형질(기체나 액체) 둘째, 아주 단단한 (crystalline) 메탈, 세라믹, 폴리머 셋째, 그 중간을 차지하는 부드러운 물질들이다. 인체에 쓰이는 메탈로서는 스테인리스 스틸, 크롬 합금 그리고 잘 알려진 티타늄이 있다. 특히 티타늄 합금은 가볍고, 강하며 부식이 적고 안전하여 (compatibility) 매우 널리 사용되고 있다. 폴리머라고 지칭되는 많은 탄소화합물의 그 구조에 따라 부드러움과 강도가 달라 다양한 삽입물을 만들어 낸다. 폴리아마이드, 폴리에틸렌, 폴리유레테인 등 탄소와 수소의 결합에 여러 가지 원소가 첨가되어 매우 많은 종류의 물질이 개발되어 있다. 탄소 결합의 수가 적으면 액체성(liquid)에 가까울 수도 있고 결합이 길어지면 점점 더 점액성을 띄다가 매우 단단한 물질이 된다. 폴리머 중에서 가장 유명한 것은 실리콘이라 불리는 것인데 이는 탄소 결합 폴리머가 아닌 규소로 이루어져 있다. 역시 결합을 이루는 체인의 크기에 따라 유동적인 액체에서부터 점성이 있는 젤이나 여러 가지의 강도의 고무(rubber)를 만들 수 있다. 실리콘이 인체 내 삽입되면 얇은 섬유성 막을 형성하게 되는데 이런 반응이 심하게 되면 구축이라는 현상을 일으키기도 한다.
메틸메타크릴레이트는 현재도 많이 사용되고 있는 인공치아, 틀니 혹은 이의 손상을 복원할 때도 쓰이게 된다. 인체의 외부에 손상된 귀, 눈, 코의 제작을 위해서도 사용이 된다. 그 외에 사용되는 것으로서는 인류가 오래전부터 사용한 세라믹, 뼈의 대체물질로 쓰이는 하이드록시 아파타이트 등이 있고 수술 후에는 꼭 써야 하는 봉합사도 동물의 단백질이나 많은 폴리머를 사용하여 만든다. 현재는 공학적으로 만드는 데에 한계가 있어서 동물이나 딴 사람이 증여한 조직을 쓰는 경우도 많다. 특히 상피세포는 배양이 가능하지만 중배엽에서 발생하는 조직(근육, 혈관, 신경 등)은 만들어 내기가 어렵다. 앞으로도 “바이오” 산업이 발달하고 특히 줄기세포의 연구가 진행되어 기계로 된 물질이나 인공장기가 아니라 자기 세포로 만들어진 장기를 만들 수 있는 날을 기대해 본다.
얼마전 서울 한 대학병원의 흉부외과 의사가 교통사고로 인하여 사망하는 일이 알려졌다. 자동차의 속도를 제한하고 일단정지를 의무화해도 이런 사고가 계속되니 참으로 안타까운 일이다. 흉부외과에서 주로 하는 수술은 심장 수술, 관상동맥 수술, 대동맥 수술 등인데 모두 위중하거나 치명적인 상태를 초래하기 때문에 응급을 다투기 쉽다. 그중 비만과 고혈압 등 선진국형 질병으로 인해 관상동맥이 막히는 협심증이나 심근경색은 날로 증가하고 있다. 심장에 혈류를 공급하는 관상동맥이 막히면 예전에는 혈관을 떼어서 이식하는 수술을 했지만, 요즈음은 주로 스텐트 시술을 하게 된다. 또 부정맥이 있어서 심장박동이 불규칙한 경우에는 심장박동기를 몸에 삽입하여 심장까지 연결된다.
우선 인체에 삽입되는 물질들의 조건은 매우 까다롭다. 삽입되는 물질들은 biologically compatible (생물학적 호환성) 해야 한다. 가장 먼저 만족해야 하는 조건이 ‘생물학적 호환성’이다. 이는 생물학적으로 양립할 수 있다는 뜻인데 우리 몸 속에 들어가서도 안전함을 지칭한다. 사실 우리의 몸은 자가 조직만을 허용하며 그 외의 물질은 모두 “침입”하는 것으로 여겨 배척하게 된다. 신체의 안전을 고려할 때 가장 중요한 생물학적 반응은 면역 반응과 발암 작용으로 이 두 가지가 안전해야만 사용이 가능하다.
1. 높은 효능 (efficacy)
안전한 물질 중에서도 각 부위와 작용에 맞는 물질을 선택해야 한다. 상처 부위를 덮어 주는 물질은 상처를 보호하고 마르지 않게 하며 치유가 빨리 될 수 있는 작용을 지녀야 한다. 유방 삽입물의 경우 아무리 촉감이 좋더라도 터지거나 충격에 약하다면 사용할 수 없으며 뼈에 이식하는 물질은 뼈가 잘 생성될 수 있는 구조를 가지고 있어야 한다. 얼굴이나 두개골에 사용되는 물질은 안전하거니와 힘을 잘 견뎌서 각 부위를 지탱할 수 있는 물질이어야 한다. 이러한 안정성이나 효용성은 실험실 테스트를 하고 동물실험을 하여 확인한 후 임상시험을 거쳐 사용할 수 있다. 또한 인체의 표면 보다는 내부로 삽입되는 물질일수록 등급이 높아지고 조건이 까다롭다.
2. 감염성
삽입물이 인체에 들어가서 감염될 가능성을 말하는 것으로 국소적인 염증부터 전신적 감염에 이르는 광범위한 안전성을 의미한다. 수술적으로 물질을 삽입할 때 조직의 손상이나 출혈 등은 정상적인 염증반응을 일으키며 일시적으로 감염에 약해질 수 있다. 때문에 삽입물과 조직 사이에 생물학적 반응이 적은 물질을 선택해야 하며 완전한 소독은 물론 환자의 전반적인 건강 상태도 매우 중요한 것이다. 인체 내의 장기 혹은 피부를 봉합하는 실(봉합사)들도 동물의 장기에서 만든 제품도 많이 있으며 그 구조와 성분에 따라 염증, 감염에 반응하는 정도가 다르다.
3. 인체에 쓰이는 물질의 종류
인체에 들어가는 물질은 첫째, 무형질(기체나 액체) 둘째, 아주 단단한 (crystalline) 메탈, 세라믹, 폴리머 셋째, 그 중간을 차지하는 부드러운 물질들이다. 인체에 쓰이는 메탈로서는 스테인리스 스틸, 크롬 합금 그리고 잘 알려진 티타늄이 있다. 특히 티타늄 합금은 가볍고, 강하며 부식이 적고 안전하여 (compatibility) 매우 널리 사용되고 있다. 폴리머라고 지칭되는 많은 탄소화합물의 그 구조에 따라 부드러움과 강도가 달라 다양한 삽입물을 만들어 낸다. 폴리아마이드, 폴리에틸렌, 폴리유레테인 등 탄소와 수소의 결합에 여러 가지 원소가 첨가되어 매우 많은 종류의 물질이 개발되어 있다. 탄소 결합의 수가 적으면 액체성(liquid)에 가까울 수도 있고 결합이 길어지면 점점 더 점액성을 띄다가 매우 단단한 물질이 된다. 폴리머 중에서 가장 유명한 것은 실리콘이라 불리는 것인데 이는 탄소 결합 폴리머가 아닌 규소로 이루어져 있다. 역시 결합을 이루는 체인의 크기에 따라 유동적인 액체에서부터 점성이 있는 젤이나 여러 가지의 강도의 고무(rubber)를 만들 수 있다. 실리콘이 인체 내 삽입되면 얇은 섬유성 막을 형성하게 되는데 이런 반응이 심하게 되면 구축이라는 현상을 일으키기도 한다.
메틸메타크릴레이트는 현재도 많이 사용되고 있는 인공치아, 틀니 혹은 이의 손상을 복원할 때도 쓰이게 된다. 인체의 외부에 손상된 귀, 눈, 코의 제작을 위해서도 사용이 된다. 그 외에 사용되는 것으로서는 인류가 오래전부터 사용한 세라믹, 뼈의 대체물질로 쓰이는 하이드록시 아파타이트 등이 있고 수술 후에는 꼭 써야 하는 봉합사도 동물의 단백질이나 많은 폴리머를 사용하여 만든다. 현재는 공학적으로 만드는 데에 한계가 있어서 동물이나 딴 사람이 증여한 조직을 쓰는 경우도 많다. 특히 상피세포는 배양이 가능하지만 중배엽에서 발생하는 조직(근육, 혈관, 신경 등)은 만들어 내기가 어렵다. 앞으로도 “바이오” 산업이 발달하고 특히 줄기세포의 연구가 진행되어 기계로 된 물질이나 인공장기가 아니라 자기 세포로 만들어진 장기를 만들 수 있는 날을 기대해 본다.