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[이데일리 송영두 기자] 3D 프린팅이란 프린터로 입체 모형의 물체를 만드는 기술이다. 최근 우리나라 최초 자체 개발 전투기인 KF-21(보라매)에 3D 프린팅 기술로 만든 부품이 장착되면서 화제를 모았다. 특히 의료분야 활용이 폭발적으로 증가하고 있다. 메디컬아이피는 ‘환자맞춤형 뇌종양 3D 프린팅 모델’의 임상적 효과 논문을 세계적인 학술지에 게재했으며, 티앤알바이오팹(246710)은 3D 바이오프린팅 기술로 글로벌 기업 존슨앤드존슨과 비브라운코리아 등과 공동연구 및 개발에 나설 정도다.

생물학연구정보센터(BRIC) 3D 프린팅 기술 동향 보고서에 따르면 3D 프린팅은 1980년대 개발된 이후 여러 재료(액체, 분말, 시트, 필라멘트)를 이용한 층별 인쇄를 기반으로 다양한 기술이 개발됐다. 기존 의료기기 제조기술은 대량생산 방식의 한계로 다양한 제품 제작이 어려워 질병 변이가 다른 질환에 사용되는 복잡한 의료기기 제작에 적합하지 않았다. 하지만 3D 프린팅을 금속, 세라믹, 폴리머, 생체재료 등을 적층제조(AM)해 원하는 3차원 물체를 제조할 수 있다.

CT, MRI, X-ray, 초음파 등의 의료영상을 기반으로 개별 환자 맞춤형 보형물, 인공관절, 임플란트, 시뮬레이터 등의 개발이 가능해 의료 질 향상과 정밀 의료 구현을 도모할 수 있다는 설명이다. 의료용 3D 프린팅 관련 연구도 급격하게 늘어나 2002년 8편이던 연구논문이 2018년 2906편으로 급증했다.

(자료=생물학연구정보센터)

주목받는 의료용 3D 프린팅 분야는

3D 의료용 프린팅 과정은 크게 세 가지 단계로 나뉜다. 첫 단계인 전공정 단계는 CT, MRI, X-ray 등 영상 기술을 활용해 관절이나 장기, 조직 영상을 촬영해 데이터화 한다. 이를 파일 형식으로 변환한다.

두 번째 단계인 공정 단계에서는 파트 위치 선정 및 데이터 치유 과정이 진행된다. 3D 프린팅에서 가장 중요한 파트 위치 선정을 위해 파트 형상 특성, 표면 조도 상태, 열 방출 기능을 고려해 적절한 위치를 선정한다. 이어 3D 모델링 데이터에 구멍, 깨짐 등의 결함 이상 유무를 확인하고 적절한 조치를 취한다. 첫 단계에서 만들어진 데이터와 장비 세팅이 완료되면 3D 프린팅이 실시된다. 세 번째 단계는 후공정 단계로 3D 프린팅을 실시한 후 재료 특성에 따라 열처리, 지지대 제거, 표면처리, 최종 연마 및 UV 경화 처리 등의 작업이 이뤄진다.

보고서는 가장 주목받는 의료용 3D 프린팅 분야로 ▲시뮬레이터 및 수술가이드 ▲맞춤형 의료보형물 ▲바이오프린팅 등을 꼽았다. 먼저 3D 프린팅으로 만들어진 개인화된 시뮬레이터는 수술 계획 및 진단을 통해 수술 정확도 향상, 수술 시간 단축에 활용된다. 의료진에게 교육용으로 사용될 수도 있다. 3D 프린팅 기반 수술 가이드는 환자 수술 계획에 맞춤형으로 제작돼 수술 정확도와 편의성을 높인다.

임플란트와 의수, 의족, 치아 보철물 등의 의료보형물도 3D 프린팅 기술이 활용된다. 기존 기술 대비 구조 및 형상을 최적화 할 수 있고, 저비용으로 단기간 경량의 맞춤형 보형물을 제작할 수 있다. 바이오프린팅은 세포가 포함된 바이오 잉크를 3D 디지털 모델에서 기능적 조직 구조와 기관을 제작하는 것으로, 기존 조직공학 기법보다 여러 장점을 가진다. 자동화 구축이 용이하고 정밀한 조직과 장기를 제작할 수 있다. 크기와 다공성, 상호 연결성 등의 기하학적 자유도와 제어인자를 설정할 수 있고, 다양한 재료를 프린팅 할 수 있다. 질병 모델링, 신약 발견, 재생 의학 등의 분야에 적용된다.

(자료=생물학연구정보센터)

한국 세계 8위 수준, 로킷헬스케어-티앤알바이오팹 대표적

생물학연구정보센터(BRIC)에 따르면 바이오센서 및 의료 분야를 포함한 헬스케어 3D 프린팅 시장은 2017년 5억 8000만 달러(약 6479억원)에서 연평균 21.2% 성장해 2024년 22억 달러(약 2조 4574억원)에 이를 것으로 전망된다. 국내 3D 프린팅의 활용 분야는 아직 초기 단계이며, 시장 규모는 3억 4000만 달러(약 3798억원) 규모로 세계 8위 수준이다.

국내에서는 소수의 기업이 의료용 3D 프린팅 관련 기술을 보유하고 있다. 로킷헬스케어와 티앤알바이오팹이 대표적이다. 로킷헬스케어는 국내 최고 장기재생 기업으로 3D 바이오프린터와 4D 바이오프린터를 개발했다. 티앤알바이오팹은 세포외 기질을 원료로 하는 바이오잉크와 3D 바이오프린터를 개발했고, 3D바이오프린팅 기반 환자 맞춤 삽입형 구조체를 상용화했다.

이 외 메디쎄이는 골 결손 부위를 대체할 수 있는 정형용 임플란트와 금속 소재 조직 지지체를 개발했고, 시지바이오는 세라믹 3D프린터 고도화에 성공했다. 다만 보고서에 따르면 국내 기업들은 3D프린팅 장비나 소프트웨어 개발 등 일부 한정된 분야의 기술을 보유하고 있으며, 의료용 프린팅 소재는 국내 기업 대부분이 수입에 의존하고 있는 것으로 나타났다.