학술 - 3D 프린팅
학술 - 3D 프린팅
  • 신훈규/ 나노융합기술원 3D프린팅·인쇄전자연구센터
  • 승인 2015.06.03 11:24
  • 댓글 0
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3D 프린팅과 메디컬의 융합
3D 프린팅 기술
3D 프린팅 기술은 2013년 세계 경제 포럼이 선정한 10대 유망 기술 중의 하나로, 전통 방식의 가공 단계를 혁신적으로 단축시켜 생산 비용 절감과 기간 단축 등, 생산성 향상의 효과를 가져 올 수 있을 것으로 기대하고 있다. 1990년대 이후 제조업의 기반이 한국, 중국, 대만 등 아시아 신흥국으로 이동하면서 미국, 유럽, 일본 등의 선진국들이 선진제조업을 모색하였고, 3D 프린팅 기술(또는 AM: Additive Manufacturing 기술)을 그 대안으로 보고 관련 정책·자금을 강력히 지원 중에 있다. 우리 정부도 3D 프린팅 기술이 중국, 동남아의 추격을 뿌리치고, 선진국에게 주도권을 빼앗기지 않기 위한 신성장동력의 한가지로 생각하고 있다.

가트너의 2014년 기술 하이프 사이클에 의하면 3D 프린팅 기술은 관련분야에 따라서 2~5년 또는 5~10년 사이에 핵심 기술로 발전될 것으로 예상하고 있고, 2016년에는 메인스트림이 될 것으로 보고 있다. 실제로 미국의 경우, 보잉, 맥도널드 더글러스, GE 등의 항공기 제조 회사와, 포드, 페라리 등의 자동차 회사에서는 부품의 경량화, 고성능화를 위해 이미 3D 프린팅 기술을 이용한 부품 생산 및 기술보유 업체를 인수 하는 등, 첨단 산업 분야에서 3D 프린팅 기술의 점유율을 크게 확대하고 있다. 또한 아마존은 3D 프린터와 관련 소모품의 판매를 시작하는 등, 선진국의 대기업들은 이미 3D 프린팅 산업의 플랫폼에 참여 중이어서 3D 프린팅 기술분야는 세계적인 각축장이 될 전망이다.

의료분야의 패러다임 변화
의료분야에서는 프로스트 & 설리반 보고서에서 알 수 있듯이, 표준치료(Standard Care)의 한계로 인하여 패러다임이 맞춤의료(Personalized Medicine) 변화되고 있다. Dr. Allen D. Roses에 의하면, 개인의 유전적 특성과 프로파일을 고려하지 않는 기존의 표준화된 의료서비스는 한계를 가지고 있어서, 현존하는 90% 이상의 약들이 30~50%의 환자에게만 유효하다고 한다. 또 질병에 따라 사용되는 의료의 유효성이 모든 환자에게서 동일하게 나타나지 않는다.
그러나 생명과학 기술의 발전으로 인하여 분자진단 및 치료가 가능하게 되어, 개인의 유전적 특성과 프로파일을 고려한 맞춤의료의 가능성이 대두되었다. 맞춤의료는 고령화 사회에 진입하면서 기하급수적으로 증가하게 될 의료비용의 획기적인 절감과 의료서비스 만족도를 크게 향상시킬 수 있는 강력한 수단이 될 것이다.
3D 프린팅 기술과 메디컬의 융합
이러한 의료분야의 패러다임 변화를 충족시켜줄 가장 적합한 신기술 중 하나로 3D 프린팅 기술을 들 수 있다. 필자는 3D 프린팅 기술이 미래의 맞춤의료산업에서 고려해야할 4P (Personalized, Predictive, Preventive, Participatory)를 실현시킬 수 있는 강력한 수단이 될 수 있다고 생각한다. 인공뼈/관절 분야를 예로 들면, 3D 프린팅 기술을 이용하면, 환자의 뼈의 형상(Profile)을 고려하고(Personalized), 대체후의 변형을 예측하며(Predictive), 질환을 미리 예방하는 건강관리(Preventive)를 환자본인 및 일반인이 직접 참여(Participatory)할 수 있으므로 완벽한 맞춤의료를 실현할 수 있다. 수술 시뮬레이션에 3D 프린팅 기술을 활용하면 수술 시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있고, 장기 및 뼈의 질감을 체험할 수 있는 재료를 사용함으로써, 수술의 정확도와 성공률을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 진료비용을 절감시키고 의료 서비스의 질을 향상시킴으로써 환자와 의료진의 편의가 획기적으로 증가하게 된다. 3D 프린팅 기술은 정형, 재활, 치과 분야에도 맞춤의료를 실현시킬 강력한 수단이 될 수 있다. 개인의 인체 형태를 반영한 제품을 생산하면 시간적/경제적 비용절감과 환자의 편의와 만족감을 동시에 충족시킬 수 있다. 이러한 3D 프린팅 기술과 메디컬의 융합에의 노력은, 재생의학의 궁극적인 목표인 환자의 세포(줄기세포)를 이용한 인공장기 출력의 기초 데이터로 활용될 수 있을 것이다.

3D 프린팅 기술과 메디컬의 융합으로 맞춤의료가 실현되고, 의료분야의 궁극적인 목표인 질병의 치료를 통한 인류의 건강한 삶과 장수를 이루어낼 수 있다.

3D 프린팅 기술의 의료분야 적용 예
 3D 프린팅 기술은 이미 많은 의료분야에 적용되고 있다. <표>는 3D 프린팅의 의료분야 적용 예를 나타내고 있다.
 미국의 Kaiba Gionfriddo (2011년 10월 28일생)은 기도(windpipe)의 연골조직이 너무 약해서 호흡관(trachea)와 왼쪽 기관지가 짓눌러진 탓에, 산소가 기도를 통과하여 폐까지 도달하지 못하는 선청성 희귀질환을 가지고 있었다. Kaiba는 전통적인 기관절개술(Tracheostomy)을 받았으나 큰 효과를 보지 못하다가, Michigan 대학교 Scott Hollister 교수와 Glenn Green 교수에 의해 제작된 기도 구조물과 부목을 3D 프린터로 출력, 수술하여 건강한 삶을 되찾았다고 한다.
46세 중국인 후진타오 웨이씨는 3층에서 추락하여 뇌가 손상되고 두개골 측면이 함몰되는 큰 사고를 당하였으나, 3D 프린터로 보형물을 제작한 후 함몰된 두개골을 채우는 성형수술에 성공하였다. 또한 2살의 Mina Khan은 심장의 심실 사이에 난 작은 구멍으로 심장이 움직일 때마다 다량의 혈액이 구멍을 통해 빠져나갔고 혈액공급이 원활하지 못하였으나, 3D 프린터를 이용하여 Mina의 심장 수술 시뮬레이션을 진행한 후 수술을 받아 성공적으로 수술을 마칠 수 있었다. 치아 및 치아 교정 분야에서도 3D 프린팅이 적극적으로 활용되어 획기적인 비용절감과 의료진과 환자의 만족도가 비약적으로 향상되고 있다. 이와 같이 이미 많은 의료분야에서 3D 프린팅 기술이 이용되고 있다. 직접의료분야 뿐만 아니라 보청기, 의족, 의수 뼈지지대 등 유사의료 분야에서도 3D 프린팅 기술이 적극 응용되고 있다.

소재개발과 장비개발이 동시에 이루어져야
3D 프린팅 기술은 제3의 산업혁명이라 불릴 만큼 획기적인 제조방법이다. 특히 필자가 앞서 말하고 있는 것처럼 맞춤형 의료를 실현할 강력한 수단이다. 3D 프린터는 1984년에 개발되어 이미 30년이 넘은 기술이다. 수많은 프린터들이 오늘도 쏟아져 나오고 있다. 중국제 300 달러짜리 3D 프린터를 아마존에서 구입할 수 있다. 결국은 소재의 싸움이 될 것이다. 소재의 개발에 맞는 장비 개발이 이루어져야 하고, 공학과 의료의 유기적인 융합이 이루어지지 않으면 선진국에 도전할 수 없으며 신흥공업국의 추격을 뿌리칠 수 없을 것이다. 
미래에는 원격진료를 통해 처방받은 처방전을 가정에서 컴퓨터에 넣고 출력하면 3D 프린터가 맞춤형 의약품을 출력하는 시대가 도래 할 것이다. 환자의 장기에 큰 이상이 생길 경우, 환자의 장기의 기능을 100% 수행할 수 있는 장기를 출력하여, 3D 프린팅 기술을 이용하여 교육받은 숙련된 의사나 로봇이 대체장기를 이식하여 환자가 100% 건강을 되찾을 수 있는 시대가 올 것이다. 이제 막 시작된 3D 프린터가 가져올 의료혁명은, 우리나라의 산·학·연 관계자들이 힘을 합쳐 대비한다면 기술적 종속관계를 역전시킬 수 있는 절호의 기회가 될 수 있다고 필자는 생각한다.

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