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제4차 산업혁명과 3D프린팅 3편 - 3D프린팅 기술과 인간의 건강
2016-08-24 19:01:25

세계경제포럼의 글로벌어젠다카운슬에서는 '소프트웨어와 사회의 미래'라는 주제로 800명이 넘는 경영진들을 대상으로, 세계의 흐름을 바꾸는 기술이 공공 영역에 깊숙이 침투한다면 그 시점은 언제일 것으로 예상하는지, 그리고 이런 변화가 개인,기관,정부와 사회에 미칠 영향을 충분히 이해하고 있는지에 대한 설문조사를 실시했습니다. <거대한 변화-기술의 티핑 포인트와 사회적 영향(Deep Shift-Technology Tipping Points and Social Impact)>에 대한 설문조사 보고서는 2015년 9월에 발표되었습니다.
그 기술들 중에서 3D프린팅과 관련된 내용이 3가지가 있는데,
2편 "3D프린팅 기술과 제조업" 에 이어서,
이번 3편에서 살펴볼 3D프린팅 관련 내용은 "3D프린팅 기술과 인간의 건강" 입니다.

티핑 포인트 : 3D프린터로 제작된 간이 최초로 이식된다.
2025년까지 발생 가능성 예상 응답자 : 76%

2편과 마찬가지로 저작권 문제가 발생할 수  있으므로, 아래와 같이 간략하게 내용을 정리했습니다. 

긍정적 효과
부족한 장기 이식 문제를 해결한다.
인공기관 프린팅으로 팔과 다리, 그리고 신체 부위를 교체할 수 있다.
3D프린팅으로 완벽하게 재현된 장기 활용으로 실제 인간 장기에 할 수 있는 약물검사에 근본적인 변화가 일어난다.
3D 프린팅으로 식량을 만들어서 식량 안보가 개선된다.

부정적 효과
인체 부위, 의료기기 혹은 식량이 통제나 규제를 받지않고 생산될 수 있다.
인간의 신체 일부를 프린트하는데 따르는 윤리적 쟁점이 발생한다.(예, 누가 제조를 통제할 것인가? 인쇄된 장기의 질은 누가 보장할 것인가?)
건강 유지에 대한 의욕을 비정상적으로 꺾는다.(예, 모든 것이 대체될 수 있다면 굳이 건강한 삶의 방식을 유지할 필요가 있을까?)

현재 동향
중국 베이징 대학교 제3병원에서 3D 프린터로 척추뼈 이식에 성공한 사례를 들었습니다.


바이오 프린팅은 "살아 있는 세포를 원하는 형상 또는 패턴으로 적층조형하여 조직이나 장기를 제작하는 3D 프린팅 기술"입니다.

의료와 바이오 분야에 3D 프린팅 기술을 접목한 바이오프린팅에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있습니다.
3D 프린팅 기술의 바이오분야에 활용된 것은 2000년을 전후로 적층조형(FDM) 방식에 생체친화성/생분해성 고분자를 결합한 인공 지지체(synthetic scaffold)를 제작함에 따라 의공학 분야에 활용되기 시작했습니다.
3D 바이오프린팅 분야는 아직 초기단계에 있으나, 향후 기술의 발전과 응용분야의 확대가 이어질 것으로 예상됩니다. 

3D 프린팅의 단점 중의 하나로 대량생산이 안된다는 이, 의료분야에서는 단점으로 작용하지 않습니다.
왜냐하면, 모든 사람들이 크기나 모양이 조금씩 다른 형태의 신체 구조 및 장기를 가지고 있기 때문에 일정한 사이즈로 대량생산을 해서는 안되고, 환자 개인에 맞는 맞춤형 설계 및 제작을 해야 하기 때문입니다.
3D프린팅 기술(적층조형)과 의료분야는 어느정도 궁합이 잘 맞는다고 볼 수 있는데, 이는 의료장비가 필요로 하는 요건과 3D프린팅 기술이 제공하는 역량이 일치하기 때문입니다.

사용 소재
인공혈관용 소재의 경우 혈관 내벽의 물성 및 화학적 특성, 물질전달 체계 등을 고려하여 열에 대해 안정적이고, 소독이 간편하며 뛰어난 소수성을 가진 Polytetrafluoroethylene(PTFE) 소재를 이용합니다.
또한, 손상된 뼈나 경조직을 대체하고자 할 경우에는 스테인리스 스틸 또는 티타늄 소재를 이용하거나, 피부 재생에 이용하는 경우는 키토산(chitosan) 또는 콜라겐(collagen) 등의 바이오 소재를 이용하여 3D 프린팅 할 수 있습니다.

유형별로 개발된 사례들을 살펴보면 
1. 임플란트형
벨기에에서는 한 환자의 연조직과 얼굴 뼈를 이용하여 3D 프린팅된 임플란트를 사전 이식수술 가이드로 이용하였으며, 3D 프린터로 만든 티타늄 보철물로 인공 턱뼈를 제작하여 턱관절 이식 수술에 성공한 사례가 있습니다.

 

                                           3D프린팅을 이용한 임플란트 수술 사례

 

3D프린팅을 이용한 임플란트 수술은 굳이 해외 사례를 찾지않아도, 국내에 사례가 풍부합니다. 
이 글 맨 아래 부분에 있는 링크를 참조하시면, 다양한 사례 및 관련 정보를 보실 수 있습니다. 

2. 체외 장착형
전통적인 맞춤형 보청기 제조과정은 주형제작에서부터 전자부품 조립과 최종 완성품이 나오기까지 총 10단계의 제조과정을 거치지만, 적층조형 방식을 이용함으로써 총 4단계(스캐닝, 모델링, 프린팅, 최종 조립)로 줄일 수 있습니다. 세계 최대의 보청기 제조업체이기도 한 독일 지멘스(Siemens)사 역시 적층조형 방식으로 전환 중에 있다고 합니다.
제가 3D프린팅 관련 컨퍼런스에 참석했을때 들은 얘기인데, Wohlers Report의 회장인 Terry Wohlers 씨가 보청기 외관을 3D프린터로 제작한 건수가 2000년도 부터 지금까지 약 6천만개 정도 된다고 합니다.
이 외에도 의수, 의족, 깁스 등 다양한 예가 있습니다.

                                      3D프린터로 만든 보청기

 

3. 장기 모델형
프린스턴 대학에서는 하이드로겔을 인간 세포와 함께 사람의 귀 모양으로 만들었으며, 달팽이관 모양의 전극부터 신호를 처리할 수 있게 은 나노입자 합금으로 만들어진 유도 코일을 내장시켰다

 

                                                    인공귀(프린스턴대학)

 

코넬대에서는 쥐의 인공귀를 제작하였고, 독일 프라운호퍼 연구소는 합성 폴리머와 생체 분자의 혼합물을 사용하여 3D프린트된 혈관을 만드는 프로젝트를 진행하고 있고, 웨이크 포레스트 대학에서는 화상 환자의 피부에 직접 프린트할 수 있는 기계를 미 국방성의 자금 지원을 받아 연구하고 있다.이 외에도 다양한 사례들이 시도되고 있습니다.

<3DGURU's Opinion>
의료분야는 직접적으로 사람몸에 영향을 미치는 분야이므로, 관련 기관과 정부의 규제와 법규에도 많은 영향을 받을 수 밖에 없는 분야입니다. 관련당국에서는 당연히 신중한 판단을 해야 하지만, 너무 지난친 규제로 인해 기술의 발전에 발목을 잡는 일은 없었으면 좋겠습니다.
기존 방식으로 치료가 어려운 환자들이 3D프린트 기술을 이용하여 부작용없이 치료할 수 있다면, 고통받는 환자에게는 큰 도움이 될 것이기 때문입니다.

참고로, 한국 식약청(KFDA)에서는 9건의 3D프린팅을 이용한 임플란트시술을 승인했습니다.(2016.03) (자세한 내용은 본 글 아래의 아래 링크를 참조하세요.)
미국 식약청(FDA)도 올 1월달에 FDA도 3D프린터로 제작한 티타늄소재의 두개골 수술용 판을 승인했습니다.

바이오프린팅 기술의 발전은 윤리적인 문제 또한 동반할 걸로 예상됩니다.
의료분야의 기술중에 줄기세포, 바이오 프린팅 이런 기술들은 기술적인 발전이 윤리적, 도덕적, 가치관적, 종교적인 문제들을 동반하게 되는 것 같습니다.
우리가 알고있고, 배워왔던 '인간의 존엄성'에 관한 일반적인 상식들이 깨지기 때문인 것 같습니다.
예를들면, "동물 복제 기술이 실용화되서, 인간에게 적용되면 어떻게 되는거지?" 라는 질문이 현실속에서 일어난다면 말입니다.

바이오 프린팅, 인공지능(AI) 등을 비롯해서 제 4차 산업혁명에 화두가 되고 있는 기술들중에 인간의 윤리적인 부분들과 연관되는 기술들이 있는데,
그 기술이 어떤것이든 상관없이 모든 기술은 인간과 자연을 위해 존재해야 한다고 생각합니다.

티핑포인트에서 2025년까지 3D프린터로 제작된 간이 최초로 이식된다 는 의견에 76%가 찬성표를 던졌는데요.
2013년 미국 샌디에이고에 있는 Organovo에서는 3D 프린터로 만든 간이 40일 동안 활동하도록 하는 데 성공한 적이 있습니다.

바이오 프린팅과 의료분야의 3D프린팅 사례들이 혼재되어 글이 쓰여졌는데, 이점 양해 바랍니다.

 

제4차 산업혁명과 3D프린팅 1편
http://www.3dguru.co.kr/bbs/newsroom/10357


제4차 산업혁명과 3D프린팅 2편 - 3D프린팅 기술과 제조업
http://www.3dguru.co.kr/bbs/newsroom/10358


제4차 산업혁명과 3D프린팅 4편(마지막) - 3D 프린팅 기술과 소비자 제품

http://www.3dguru.co.kr/bbs/newsroom/10360


아래의 책과 글의 내용 및 사진을 참조 및 인용하였습니다.
1.클라우스 슈밥의 제4차 산업혁명
2. 3D 바이오프린팅 기술개발 동향분석 (3D Bioprinting Technology Trends )
Electronics and Telecommunications Trends. Vol. 30, No. 5, Oct. 2015, pp. 99-108

이상입니다.

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