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3D 바이오 프린팅, 바이오산업을 쌓아 올리다

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작성자 CoGIB 작성일16-11-29 17:19 조회978회 댓글0건

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생명공학기술의 발전과 함께 의료 패러다임이 변화하고 있다. 줄기세포 치료제와 유전자 치료제를 비롯한 바이오의약품 시장이 성장하고, 인공지능과 빅데이터 등의 기술과의 융합 연구가 진행되는 중이다. 상상 속 미래의 정밀, 재생의료가 현실이 되어가고, 환자 개개인의 맞춤형 의료의 시대가 다가오고 있다.

 

여기에 바이오산업의 성장 동력 중 하나로 ‘3D 바이오 프린팅’ 기술이 주목받고 있다. 지난 9월 1일 KISTI(한국과학기술정보연구원·원장 한선화)가 개최한 ‘2016 미래유망기술세미나’에서 다가올 미래의 변화를 주도할 ‘2016 미래유망기술 10선’ 중 하나로 ‘3D 바이오 프린팅’을 선정한 것을 비롯해, 전세계적으로 연구와 개발이 집중되고 있는 분야 중 하나다.

 

3D 바이오 프린팅은 입체 설계도를 기반으로 플라스틱, 나일론 등의 소재로 제품을 만드는 3D 프린팅 기술을 바이오 분야에 응용한 것이다. 가장 핵심이 되는 부분은 ‘살아있는 세포’를 ‘바이오 잉크’로 사용한다는 점이며, 이를 통해 인체보형물부터 인공장기까지 생산, 미래의료의 모습을 바꿀 것으로 기대되고 있다.

 

국·내외 바이오 프린팅 기술의 동향

 

그렇다면 4차 산업혁명이 빠르게 다가오고 있는 시점에서 3D 바이오 프린팅은 현재 어디까지 ‘인쇄’할 수 있을까?

 

현재는 주로 치과 임플란트, 틀니, 보청기와 같은 신체보조기기와 의족과 의수, 인공 뼈와 인공 관절 등의 제작 사례가 들려오고 있다. 특히 보청기의 경우 현재 3D 프린터로 제작된 수가 약 100억개를 기록하며, 기존 의료용 신체보조기기의 시장 역시 판도를 바꿔나가고 있다.

 

성형외과에서의 활용도 눈에 띈다. 서울 성모병원 성형외과는 종양 제거 수술로 움푹 가라앉은 공간에 3D 프린터로 제작한 인공 광대뼈 보형물을 이식했으며, 세브란스 병원의 심규원 교수팀은 티타늄 재질의 두개골 보형물의 수술 성공 사례를 전했다.

 

또한 해외에서도 미시간대학 연구팀은 영아의 기관지를 대체할 수 있는 PCL(Polycaprolactone) 소재의 특수 디바이스를, 슬로바키아와 벨기에에선 각각 두개골과 턱뼈를 대체하는 티타늄 소재의 임플란트를 제작, 수술에 성공하였다.

 

이러한 제작물들은 수술 전에도 사용되기도 한다. 최근 서울성모병원 의료진은 대동맥 질환 환자의 3차원 입체 CT 자료를 기반으로 환자의 대동맥을 제작, 모의 수술 계획 및 시뮬레이션을 진행함과 동시에 환자의 이해를 돕는 용도로 사용하였다.

 

이외에도 오픈 바이오닉스(Open Bionics)의 저렴하고 가벼운 ‘Ada 의수’, 톰스크 폴리테크닉 대학교(Tomsk Polytechnic University)의 생체에 적합한 ‘생분해성 인공뼈’, 메릴랜드 대학교(University of Maryland)의 선천성 심장병 환자용 인공 혈관의 제작 및 이식 기술 등 헬스케어 산업 시장에도 혁신의 바람의 불어오고 있다.

 

 

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인공장기가 가져올 미래의료

 

인공장기의 연구 소식도 속속 들려오고 있다. 2013년 미국 샌디에이고에 위치한 생명공학 회사 Organovo는 독자적으로 개발한 적층 기술을 기반으로 하는 ‘노보젠 MMX’ 3D 바이오 프린터를 이용해 인공 간을 만들어 40일간 활동한 결과를 전했다. 

 

앤서니 아탈라 WFIRM(Wake Forest Institute for Regenerative Medicine) 교수팀은 0.25mm의 인공심장의 활동을 비롯, 간과 폐 등 주요 장기들의 연결을 통해 ‘인공 신체’를 구현하는 연구를 진행 중이다.

 

김정범 UNIST 교수팀은 ‘척수’의 바이오 프린팅 연구를 진행하고 있다. 신경세포와 성상세포를 만들어 내는 단계이며, 세포가 생존할 수 있는 환경을 구현 중이다. 손상이 되면 재생 불가능한 척수의 바이오 프린팅 기술이 개발된다면 척수를 비롯해, 신경계 질환의 치료 역시 새 지평이 열린다고 할 수 있다.

 

융합연구의 의미도 크다. 특히나 동물실험의 대안으로 주목받는 장기유사체 ‘오가노이드’와의 연계가 이루어진다면 바이오의약품 개발 시장은 더욱 탄력을 받게 된다. 비용과 시간이 많이 드는 신약개발 시장에선 반드시 필요한 기술이라고도 할 수 있다.

 

해결해야할 부분도 있다. 최근엔 바이오 프린팅의 소재가 되는 ‘바이오 잉크’의 연구가 활발하다. 바이오 프린팅 시간동안의 세포의 생존, 효과적인 프린팅 패턴과 적층 방식 등 인공장기로서의 기능력과 직접적으로 연관성을 가진다. 이와 관련해 최근 조동우 포항공과대학 교수팀은 탈세포 처리 기술의 연구를 진행, 생체적합성의 문제점을 해결하기도 했다.

 

이론상으로 환자의 세포를 이용해 개인의 특성에 맞는 인공장기를 만들어낼 수 있다면, 거부반응이 낮은 이식수술을 시작으로 재생의료 시대가 자리 잡게 된다. 아직은 상대적으로 초기단계에 가깝지만, 빠른 발전 속도를 고려할 때 3D 바이오 프린팅은 미래의료의 한 축을 담당하게 될 것이라는 전문가들의 입장이다.

 

3D 바이오 프린팅 기술이 단순 세포를 쌓아올리는 기술이 아니라 생명과학과 의료, 여기에 기계와 재료 등 여러 분야와의 융합을 통해 바이오산업 자체를 쌓아올리고 있다고 할 수 있다. 때문에 쌓아올리는 속도도 중요하지만, 얼마나 견고하게 쌓아나갈 수 있는지가 중요한 시점이다.

  

이를 위해선 바이오 잉크, 바이오 프린터의 기술적인 부분뿐만 아니라 의료기기법, 의료보험, 안정성 평가 기준 등 체계적인 기반이 구축될 필요가 있고, 국가적 차원의 정책 지원이 뒷받침되어야 할 것이다.

  

<참고문헌> 

생체의료 분야 응용을 위한 3D 프린팅 기술, 한국공업화학회, 15.03.23

3D 바이오프린팅 기술개발 동향분석, 한국전자통신연구원, 15.09.25

3D 바이오 프린팅 기술을 위한 바이오 잉크, 한국분자‧세포생물학회, 16.05.31

헬스케어 산업에서의 3D 프린팅 혁신 사례, 한국산업기술평가관리원, 16.07.04

 

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