바이오 3D 프린팅이란

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연세사랑병원/고용곤 원장

3D 프린터를 이용해 3차원의 입체 형태로 실제 물체를 만들어내는 기술을 ‘3D 프린팅’이라고 한다. 3D 프린터에는 잉크가 아닌 금속, 플라스틱, 나일론 등 입체 물체를 만들 수 있는 다양한 재료를 적용할 수 있다. 사용하는 소재에 따라 무궁무진한 형태의 결과물이 탄생하는 3D 프린팅 기술은 현재 영화, 건축, 의료 등 산업 전반에 활용된다.

얼마 전 3D 프린팅과 관련, 시각장애인을 위해 제작한 ‘손으로 보는 졸업사진’이라는 기사를 읽었는데 내용이 상당히 인상적이었다. 졸업앨범은 학창시절의 추억을 상징하는데, 앞이 보이지 않는 시각장애인에게 졸업앨범은 사실 무용지물이나 다름없다. 그러한 시각장애 졸업생에게 한 대학생이 3D 스캐닝과 프린팅 기술을 활용해 흉상을 만들어 선물했다는 것이다. 그동안 시각장애 졸업생을 위한 졸업앨범은 점자로 학생 이름과 사진 설명을 대신하는 것이 전부였다. 그런 점에서 자신의 모습을 만질 수 있는 흉상은 시각장애 졸업생들에게 특별한 졸업사진이자 감동을 주는 잊지 못할 졸업선물이 되었을 것이다.

‘3D 프린팅’ 기술은 4차 산업시대 첨단 의료기술 분야에서 4D 프린팅으로 발전할 여지가 많다. 특히 ‘3D 프린팅’ 기술을 접목한 의료산업을 미래 3대 산업으로 전망할 정도로 ‘바이오 3D 프린팅’의 가치는 엄청나다. 수준도 높아 최근 한국과 미국에서는 ‘세포와 생체 재료’를 사용해 인체의 조직과 뼈, 장기를 3D 프린팅으로 구현하는 실험이 활발하게 이루어지고 있다. 실제로 지금까지 의료기술에 3D 프린팅 기술을 접목한 사례는 의외로 다양하다.

‘바이오 3D 프린팅 기술’을 활용하면 손상된 근육, 치아, 조직과 장기 등을 3D 프린터로 출력해 사람에게 이식할 수 있다. 특히 불의의 사고로 손발이나 팔다리 등이 절단된 환자에게 꼭 맞는 신체 일부를 제공하고, 심장이 고장 난 환자에게는 정교한 인공심장을 줄 수 있다. 노화로 인해 기능을 상실한 인체기관, 피부 노화, 탈모 등에 3D 프린팅 기술과 줄기세포 재생치료를 함께 적용하는 연구도 현재 진행형이다.

3D 프린터를 적용한 바이오 분야가 우리에게 희망적인 것은 사람의 실생활과 아주 밀접하게 연관되기 때문이다. 이 분야의 기술은 일상생활을 영위하는 데 따르는 불편함을 해소하고 조금 더 편안하게 지낼 수 있는 여건을 만든다. 무엇보다 ‘바이오 3D 프린팅’ 기술은 인체의 기능 복원과 회복에 역점을 두고 있다. 환자 개인에게 맞춘 ‘맞춤형’ 형태로 제작되어 손상된 인체 조직과 기관을 구현할 수 있는 점은 ‘바이오 3D 프린팅’의 가장 큰 장점이다. 또 맞춤 제작이어서 재료의 낭비를 막고, 제작 시간을 단축시킬 수 있어 산업 측면의 가치도 높다.

‘바이오 3D 프린팅’ 기술의 핵심 내용 중 하나는 바로 ‘재료’이다. 3D 프린터로 제작한 결과물은 인체에 적용해야 하므로 보다 안전해야 한다. 인체 기관 등에 이식했을 때 2차 문제가 발생하지 않아야 한다. 그런 측면에서 자신의 생체 재료를 3D 프린터의 재료로 이용한다면 지금까지의 인공관절, 인공심장, 인공치아, 인공모발 등에서 느끼지 못한 자연스러움을 경험할 수 있을 것이다. 또 하나는 ‘디자인’이다. 3D 프린터로 제작하는 결과물을 본래 인체 기관과 가장 비슷하게 구현할수록 사용하는 사람의 편안함은 극대화될 것이다.

‘바이오 3D 프린팅’ 기술에서 남은 과제는 우리 인체가 가진 고유한 해부학적 특징과 생리학적 기능을 100% 구현하는 것이다. 바이오 3D 프린팅에서 살아 있는 세포가 포함된 조직을 구현할 수 있다면 우리는 그로 인한 엄청난 혜택을 온전히 누리게 될 것이다. 더 정교해진 3D 프린팅 기술력으로 인체 조직과 기관을 출력해 손상되거나 결손된 부위의 재건을 도모할 수 있기 때문이다. 아마도 머지않은 미래에는 기존 인공관절 소재가 아닌 본래 관절의 조직과 흡사한 ‘바이오 3D 프린팅 인공관절’을 이식받을 수 있을 것이다.
* 본 칼럼의 내용은 헬스조선의 편집방향과 일치하지 않을 수도 있습니다.

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- 연세대학교 의과대학 졸업
- 연세대학교 세브란스병원 인턴 수료
- 연세대학교 세브란스병원 정형외과 레지던트 수료
- 연세대학교 세브란스병원 정형외과 전문의 수료
- 現 대한정형외과학회 정회원
- 現 대한정형외과 슬관절학회 정회원
- 現 연세대학교 의과대학 정형외과학교실 외래교수
- 現 연세사랑병원장

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