[칼럼] 모발 이식이 아니라 모낭 이식으로 탈모와 대머리라는 엄청난 고민을 해결하겠다는 뉴스가 나온 적이 있습니다. 그리고 이 때, 활용되는 기술이 살아있는 세포를 세밀하게, 3차원으로 배열해서 쌓아올리는 3D 프린팅이었죠. 이처럼 3D 프린팅은 이것 뿐만 아니라 인공 피부, 인공 장기를 만드는 데도 활용된다고 하는데요. 세포를 프린팅한다는 건 무슨 의미일까요? 3D 프린팅은 의료기기와 바이오테크 산업을 어떻게 바꿀 수 있을까요?
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2016년 이런 기사가 나온 적이 있었습니다. 모발 이식이 아니라 모낭을 이식해서(?!!) 탈모와 대머리라는 엄청난 고민을 해결하겠다고요. 그런데 이 때, 활용되는 기술이 살아있는 세포를 세밀하게, 3차원으로 배열해서 쌓아올리는 3D 프린팅입니다. 3D 프린팅은 이것 뿐만 아니라 인공 피부, 인공 장기를 만드는 데도 활용된다고 하는데요. 이게 가능하다면, 또 다른 의미의 '미래'가 펼쳐지게 될 것 같죠. 오늘은, 의료기기와 바이오테크 산업에서 3D 프린팅이 어떻게 활용되는지, 세포를 프린팅한다는게 무슨 의미인지, 함께 살펴보겠습니다.
바이오 헬스케어, 3D 프린팅으로 뭘 할 수 있을까?
사실, 바이오테크나 의료 분야는 3D 프린팅의 활용도가 상당한 분야 중 하나입니다. 일단, '치과용 기기 프린팅(3D Printing of Dental Devices)'이나 수술 계획을 보조하기 위한 '인체 해부 모델 프린팅(3D Printed Presurgery Anatomical Models)' 같은 부분에서는 이미 3D 프린팅이 현장에서 많이 활용되고 있죠. 최근엔 여기서 더 나아가, '인체조직이나 생명과학 연구개발을 위한 바이오프린팅(3D Bioprinted Human Tissue, 3D Bioprinting for Life Science R&D)', '의료기기 프린팅(3D Printing of Medical Devices),' '수술용 임플란트의 3D 프린팅(3D Printed Surgical Implants)'에서도 상당한 발전을 이뤘다고 합니다.
의료용 기기나 형상 제작은 대량생산이 적용되기가 어렵죠. 특성상 환자 각각에 맞아야 하니까요. 또 임상적으로 질병 변이가 다른 경우가 대부분이기 때문에, 다양성과 복잡성이 필요합니다. 수술을 보조하려면, 빨리 제작할 수 있는게 좋고요. 빠르게, 복잡하고 세밀한 기기나 형상을, 개별 환자에 맞춰서 맞춤형으로 제작하면, 비용이 어마어마하게 비싸지겠죠. 3D 프린팅은 빠르게, 세밀한 형상을, 맞춤형으로 제작하는 경우, 기존의 생산방식에 비해 상대적으로 비용이 저렴하다는 데 장점이 있었고요. 게다가 바이오테크와 헬스케어는 부가가치가 상당한 분야고요. 종합하면, 바이오테크와 헬스케어는 3D 프린팅이 적용되기 좋은 산업인 겁니다. 그러다보니 이미 3D 프린팅이 활발하게 적용되고 있는 거죠.
아직 개발 중이긴 하지만, 의약품 3D 프린팅(3D Printed Drugs), 세포를 프린팅한 후에 성장 시켜서 장기 이식에 활용하는 바이오 프린팅(3D Bioprinted Organ Transplants) 같이 큰 혁신을 가져올 거라고 평가 받는 분야도 있습니다.
앞서 보여드린 적이 있는 가트너(Gartner)의 하이프 사이클(Hype Cycle)입니다. 2018년 기준이니까 이보다 더 진전이 되었다고 보시면 될 것 같아요 (출처: Gartner)
바이오테크와 의료기기 산업에서의 3D 프린팅
이 분야에서의 3D 프린팅은 크게 세 부문으로 나눠볼 수 있을 것 같아요.
(1) 수술을 보조하는 시뮬레이터의 프린팅
(2) 의료보형물의 프린팅
(3) 세포를 프린팅하는 바이오 프린팅
먼저, 수술을 보조하는 시뮬레이터를 프린트 하는 겁니다. 말 그대로, 수술을 계획하고 시뮬레이션 할 수 있게 도와주는 모델을 3D 프린트 한다는 거죠. 인체의 장기를 3D로 본따서 진짜처럼 만드는 겁니다. 복잡한 수술을 하기 전에, 시각적으로 파악하고 계획하는데 도움을 주고요. 또 실제 조직처럼 반응하게 할 수 있기 때문에, 수술 전에 비슷한 환경에서 실습해보는 걸 가능하게 합니다. 의대에서 교육용으로도 활용되고요.
예를 들어, 심장 모형의 경우엔, 알지네이트(Alginate) 같은 천연 폴리머로, 실제 심장조직과 비슷하게 만든다고 하는데요. MRI 촬영을 한 후에, 이 데이터를 가지고 실물크기로 프린트한다고 하죠.
출처: Vettukattil (2019) (위), Carnegie Melon University (아래)
또 많이 활용되는 건, 치과나 정형외과에서 활용하는 의료보형물을 3D 프린트하는 건데요. 맞춤 의수나 의족, 임플란트, 인공관절, 치아 보철물 같은 걸 3D 프린트로 제작하는 겁니다. 소재나 형태를 환자 맞춤형으로 제작하기 좋고, 복잡한 형태도 프린트할 수 있으니까 퀄리티를 높일 수 있고요. 몸의 일부가 되어야 하는 거다보니 조금이라도 잘못 만들어지면, 사용하는 사람이 불편하게 느낄 수 있잖아요. 그런데 이런 측면에서, 기존의 생산 방식보다는 품질도 일정하게 만들 수 있어서 더 좋다고 해요 (물론, 아직 완벽하지는 않지만요). 퀄리티는 더 높아지는데, 제작 시간이나 비용은 많이 낮아지다보니 활용케이스가 늘고 있는 거죠.
아~주 단순하게 보면, 대략 이런게 가능해지는 거 (물론, 규모가 어마어마하게 커지면 얘기가 조금 달라질 수 있습니다)
이런 이유 때문에, 이 분야에서는 의료보형물을 제작하는데 3D 프린팅이 가장 먼저 적용되었다고 해요. 예를 들어, 지금까지 맞춤형 의수나 의족은, 시장 규모가 크지 않고, ...