3D프린터의 진화, 인공심장까지 인쇄?

세포로 신체조직 재생… 미국서 인공장기 생산기술 개발중

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최근 차세대 기술로 각광받고 있는 3D프린팅 기술은 의료 분야에 혁신을 가져올 것으로 주목받고 있습니다. 전문가들은 미래에는 3D프린터에 세포를 넣어 인공장기를 출력하거나, 자신에게 필요한 효과만을 모은 맞춤형 의약품을 만들 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 실제로 이같은 연구가 세계 전역에서 이뤄지고 있고, 실제 임상 현장에서의 3D프린터 활용도 점차 확대되고 있는 추세입니다.

◇3D프린터로 만든 모형, 정교한 수술 도와=현재 보건의료 분야에서 3D프린터는 주로 뼈 조각 접합 같은 정교한 수술을 하기 전 계획 단계에서 시뮬레이션용으로 쓰이거나, 보형물, 치과용 재료 등 개인 맞춤형 의료 보조장치를 만드는 데 적용되고 있습니다.

최근에는 실제 임상에서 3D프린터를 다양하게 적용하는 사례가 늘고 있습니다. 지난해 삼성서울병원 이비인후과는 3D프린터를 이용해 만든 환자 골격 모델을 활용해 암이 퍼진 얼굴 골격을 광범위하게 절제하는 부비동암 수술을 진행했습니다.

이 수술은 환자의 얼굴 골격을 정확히 확인하기 힘들 경우 수술 과정에서 부정교합이 발생하거나, 시간이 지남에 따라 눈 주변부가 주저앉는 등의 부작용 우려가 높았습니다. 이를 해결하기 위해 의료진은 3D프린터로 제작된 모형물을 활용해 수술 중 예상되는 얼굴 골격 절제 위를 미리 확인하고, 절제 부위 뼈의 두께, 절제 방향의 중요 구조물 등을 실시간으로 확인하며 수술을 했습니다.

포스텍과 서울성모병원 연구진이 태어날 때부터 코와 콧구멍이 없었던 몽골소년에게 3D프린팅 기술로 만든 인공 코와 맞춤형 인공 콧구멍, 기도 지지대를 넣어 성공적으로 안착시킨 사례도 있습니다. 또 순천향대 서울병원 소화기병센터 연구팀은 최근 3D프린터로 출력한 내시경 수술기구를 이용해 중년 여성환자의 위 수술을 하기도 했습니다. 의료진은 환자 개인의 신체 구조와 병변 위치에 따른 다양한 모양의 내시경 수술기구를 수술에 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

이밖에 치과 영역에서는 3D스캐너와 프린터를 사용한 임플란트 수술이 이뤄지고 있고, 3D프린터로 만든 모형을 통한 의료 인력교육 실습도 활발히 이뤄지고 있습니다.

◇3D프린터로 인체 조직 재생ㆍ생산 기대=의료분야에서 3D프린터에 거는 기대는 바로 자신의 세포와 조직을 넣어 자신의 귀, 뼈, 신장, 혈관, 피부 등 완벽한 생체 조직을 재생ㆍ생산하는 `바이오프린팅' 분야입니다.

얼마 전 미국 샌디에이고의 생명공학 회사 오가노보(Oraganovo)는 수 만개의 세포로 이뤄진 `바이오 잉크'를 원하는 모양으로 적층하는 3D프린팅 기술을 개발했다고 밝혔습니다. 이 회사가 3D프린터로 제작한 간은 40일 동안 살아남아 앞으로 인공장기 제작에 대한 가능성을 보여줬습니다. 회사측은 간세포를 배양할 때 특정인의 줄기세포를 활용하기 때문에 생착에는 문제가 없을 것으로 예상되며, 앞으로 40일 이상 살 수 있는 방법을 연구 중으로 향후 완벽한 인공간을 제작하는 것이 목표라고 밝혔습니다.

향후 이같은 바이오프린팅 기술이 실제로 가능해질 경우 언제든지 원하는 시기에 미리 설계된 장기를 만들 수 있기 때문에 보관 문제도 없어지며, 현재와 같이 장기이식이 필요한 환자들이 기증자를 막연하게 기다리는 불편이 사라질 것으로 전망됩니다.

환자들이 복용하는 의약품에서도 3D프린터가 큰 역할을 할 것으로 기대됩니다. 영국 글래스고대학 화학과 리 크로닌 교수는 소비자들이 자신에게 맞는 의약품을 설계하고 만들 수 있도록 가정용 화학제품 제작기계를 개발 중입니다. 의약품의 분자 설계도를 다운로드한 후, 그 분자에 해당하는 잉크를 사용해 개인 각자를 위한 약품을 프린팅하는 장치입니다.

현재의 의약 연구는 화학물질을 정제해 약으로 만들고, 인간의 세포에 투여해 반응을 본 후 이상이 없을 경우 동물실험과 임상시험 과정을 거칩니다. 제약업계가 바이오프린팅 기술을 활용할 경우, 양질의 데이터를 더 빠른 시간 안에 확보할 수 있어 신약의 개발속도가 매우 빨라지고 비용도 절감할 수 있을 것으로 예측됩니다.

◇기술 악용에 대한 대비책 있어야=3D프린팅 기술은 전 세계적으로 초기 단계이기 때문에 다양한 활용 방안에 대한 기대가 크지만, 인간의 건강과 생명이 직결된 보건의료 분야의 경우 안전성 확보를 위한 제도 마련이 가장 시급한 과제로 지적되고 있습니다.

3D프린팅 기술은 과거 생산 방식과 전혀 다른 패러다임을 가지고 있기 때문에, 이를 현재 법ㆍ제도 체계 내에서 어떻게 담아내야 할 지에 대한 고민이 필요한 시점입니다. 예를 들어 3D프린터로 제작한 맞춤형 의료기기나 인공장기를 어떻게 규정하고 관리할지, 안전성은 어떻게 검증하고 확보할 수 있을 지에 대해 세심하고 유연한 제도가 수립돼야 합니다.

또 기술 악용에 대한 법적, 윤리적 문제도 대비해야 합니다. 예를 들어 바이오프린팅을 활용해 인체의 일부인 얼굴, 지문 등을 인쇄할 경우 불법적인 도용행위가 광범위하게 발생할 수 있습니다.

남도영기자 namdo0@

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