의료 혁신: 3D 프린팅이 의료 응용 분야를 어떻게 변화시키는가

3D 프린팅은 의학 분야에 깊이 관여하고 있습니다. 하지만 많은 사람들은 이를 알지 못합니다. 2011년은 카이바 지온프리도(Kaiba Gionfriddo) 사건 덕분에 의료 분야에서 3D 프린팅이 급부상한 해로 꼽힙니다. 카이바는 기관지를 약화시켜 붕괴시키는 질병을 가지고 태어났습니다. 기관내삽관 중에도 호흡 정지 순간이 있었고 심장에도 영향을 미쳤습니다. 하지만 그린(Green)과 홀리스터(Hollister) 두 생체역학 공학 전문가의 개입으로, 카이바의 기관지에 생체적합성 장치를 설계·프린팅·연결하는 데 성공했습니다. 카이바는 생존했고 삶의 질이 향상되었습니다.

이 사건의 영향으로 의학 분야는 점점 더 3D 프린팅과 협력하기 시작했고, 현재는 의료 분야의 수많은 발전의 기반이 되고 있습니다.

아래에서 3D 프린팅이 더 깊이 관여하고 있는 의료 분야를 소개합니다.

수술 전 계획(Pre-operative)

의학은 일반적인 수술에서 크게 발전했지만, 환자가 섬세한 수술이 필요한 문제가 있을 때는 여전히 위험이 존재합니다.

현재 대부분의 병원이 어떤 형태의 스캐너를 보유하고 있어, 인체 내외부 모든 부위의 형상을 컴퓨터로 전송한 뒤 실물 크기로 3D 프린터로 출력할 수 있게 되면서 이 문제가 줄어들고 있습니다. 실제 모델을 통해 의사는 문제를 파악하고 수술을 계획할 수 있어 복잡한 수술의 성공률을 크게 높입니다.

인체 부위 재현의 이점은 여기서 그치지 않습니다. 종양이 있는 장기 등을 출력하면 질병 연구와 수술 방법 수립에 도움이 됩니다. 이전에는 동물 장기나 시신 부위를 사용해 실제와 중요한 편차가 있었습니다.

이미지 1: 3D 프린팅 심장. 출처: Cardiac Models

보철물(Prosthesis)

이 분야에서 특수 항균 필라멘트를 사용한 FDM 3D 프린팅은 저비용 보철물 제조에 혁명을 일으켰습니다. 많은 단체가 이러한 보철물 제작 프로젝트에 참여해 질병과 전쟁으로 절단 환자가 많은 국가에 보내고 있습니다.

이미지 2: 저비용 보철물. 출처: Autodesk

반면 금속 3D 프린팅(DMLS) 같은 다른 기술은 티타늄 등 전통 소재로 임플란트를 만드는 데 사용됩니다. 이러한 임플란트는 다공성, 강도, 복잡성, 기하학적 정밀도를 갖추어 인공 고관절 등 다양한 경우에 외과적으로 이식할 수 있습니다.

치과(Dental)

치과 분야는 항상 정밀한 제품과 높은 표면 조도를 요구합니다. 이에 대형 레진 3D 프린터 제조사들이 이 분야 전용 제품을 개발했습니다. 이전에는 모든 환자에게 범용 소재와 도구를 사용해 간단한 작업에도 시간이 오래 걸리고 환자에게 손상을 줄 수도 있었습니다. 3D 프린팅의 등장으로 Form 2 프린터와 치과용 레진 등을 통해 이 분야가 크게 발전했습니다. 현재 의사들은 환자별 맞춤 가이드를 매우 높은 정밀도로 제작할 수 있습니다. 이 가이드와 기타 출력 가능한 도구는 치과 복원 치료(나사, 임플란트, 플레이트 등)를 오류 없이 배치하는 데 사용됩니다.

이미지 3: 치과용 도구. 출처: Formlabs

조직과 장기

이 분야는 아직 발전 중이며 인체 적용 가능한 첫 성공 사례들이 나오고 있습니다. 최첨단 개발 센터와 병원에서는 정말 놀라운 요소들을 출력하고 있습니다. 예를 들어 인체 연골로 만든 귀와 40일간 기능하는 바이오프린팅 간 입자 등입니다. 미래 잠재력이 가장 큰 분야지만 현재는 가장 먼 단계입니다.

이미지 4: 바이오프린팅 간 입자. 출처: Xconomy

3D 프린팅이 진화의 열쇠가 되는 다른 의료 분야도 있습니다. 그중 하나가 제약 분야로, 글래스고 대학의 화학자 리 크로닌(Lee Cronin)은 분자 수준에서 화학 화합물을 결합해 환자별 맞춤형 의약품을 만들 수 있는 3D 프린터를 개발 중입니다. 이 약물은 치료 효과를 높여줄 것입니다.

ABS Medical
PLACTIVE Copper3D
항균
CPE HG100
FDA
Taulman 680
FDA

이상으로 3D 프린팅이 의학에 가져온 발전을 검토한 결과, "적층 제조는 의학 진화의 셔틀이었으며 앞으로도 계속될 것이다"라고 확신할 수 있습니다.