발명에서 혁신으로: 의료 분야 3D 프린팅의 진화

3D 프린팅은 찰스 W. "척" 헐(Charles W. "Chuck" Hull)이 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어를 사용하여 3차원 물체를 만들겠다는 아이디어를 내면서 개척되었습니다. 헐은 UV 레이저를 사용하여 아크릴 층을 형상으로 조각한 다음 층을 쌓아 물체를 만드는 기계를 만들었습니다. 그는 1984년 "입체조형술에 의한 3차원 물체 생산 장치"를 특허 출원하며 3D 프린팅의 탄생을 알렸습니다.

그로부터 30년 동안 3D 프린팅은 의료를 포함한 여러 산업에서 응용을 찾았습니다. 3D 프린팅이 더 발전하고 경제적으로 접근 가능해짐에 따라 의료 응용 분야도 계속 확대되고 있습니다. 3D 프린팅은 3D 프린팅 혈관 조직, 보철 장치, 뼈, 수술 가이드, 심박조율기 등 수많은 의료 기기를 포함하여 의학에서 가장 인상적인 최근 발전의 일부에 기여했다고 볼 수 있습니다.

3D 프린팅이 의료 혁신에 기여한 방식

의료 산업은 3D 프린팅 기술의 초기 도입자 중 하나였습니다. 1990년대 후반과 2000년대 초반부터 3D 프린팅은 치과 임플란트와 맞춤형 보철물 생산에 활용되었으며, 이는 3D 프린팅이 의학에 미칠 영향을 전혀 예상하지 못했다고 인정한 찰스 헐조차 놀라게 했습니다. 그 이후로 특히 지난 5년간 기술의 의료 응용이 크게 진화했습니다.

3D 프린팅은 민첩하여 빠른 반복과 변경이 가능하므로, 높은 맞춤화와 소량 생산을 모두 요구하는 보철물과 치과 임플란트 같은 제품에 독특하게 적합합니다. 예를 들어 시카고 기반의 Coapt는 상지 보철용 근전도 패턴 인식 시스템을 생산하는데, 적층 제조 기술을 사용하여 각 환자의 생물학에 맞춰 완전히 반응하는 보철 팔을 제작합니다.

3D 프린팅은 정형외과를 포함한 다른 의학 분야도 변화시킬 잠재력을 가지고 있습니다. 3D 프린팅으로 정형외과 의사는 환자의 생물학을 완벽하게 모방하는 구조물을 만들 수 있으며, 이는 언젠가 "원 사이즈 핏츠 올" 인공 뼈 임플란트와 관련된 불편함과 열화를 없애는 데 도움이 될 수 있습니다. 3D 프린팅 뼈가 아직 정기적인 임상 사용 단계는 아니지만, 여러 헤드라인을 장식한 임플란트의 성공은 기술의 진전과 약속을 보여주었습니다.

우리의 방향: 3D 프린팅 생체재료

보철물과 뼈 같은 3D 프린팅 바이오 장치가 시도, 테스트, 실용화되었지만, 의료 3D 프린팅의 다음 개척지인 유기 모방 장치는 아직 지평선 위에 있습니다. 2000년대 초반, 보스턴 아동병원 연구팀은 "스캐폴딩(scaffolding)"이라는 건설 방법을 손으로 사용하여 콜라겐과 합성 폴리머로 대체 방광을 성공적으로 제작했습니다. 환자의 세포로 스캐폴딩을 층층이 쌓아 기능하는 장기로 자라게 했습니다. 장기가 이식된 지 7년 후, 모든 시험 환자가 건강하게 지냈습니다.

불행히도 이 방식으로 장기를 제작하는 것은 엄청나게 비용이 많이 들 뿐만 아니라 극도로 시간이 많이 소요됩니다. 더 적은 시간이 소요되고 더 쉽게 복제 가능한 합성 장기 생산 수단을 찾기 위해, 연구원인 안토니 아탈라(Anthony Atala) 박사는 2004년 웨이크 포레스트 재생의학 연구소(WFIRM)를 설립했습니다. 곧 WFIRM 연구자들은 합성 인간 장기를 3D 프린팅하는 실험을 시작했고, 결국 임상 시험용 장기와 조직을 일관되게 프린팅할 수 있는 기계를 개발했습니다.

그러나 합성 뼈의 상대적 성공에도 불구하고, 3D 프린팅 장기는 임상 사용에서 아직 멀리 떨어져 있습니다. 실험적 합성 장기와 임상적으로 실행 가능한 장기 사이의 간극은 세포 수준에 있을 수 있습니다. 그래서 연구자들은 살아있는 세포에 3D 프린팅을 적용하여 인간 조직을 복제하려 시도하고 있습니다. 2019년 브라질 연구팀은 인간 간이 수행하는 모든 기능(단백질 생성, 비타민 저장, 담즙 분비)을 수행하는 "오가노이드(organoids)"를 성공적으로 바이오프린팅했습니다.

이 미니어처 간들은 아직 이식 준비가 되지 않았지만, 많은 전문가들은 인간 조직을 3D 프린팅으로 성공적으로 복제할 수 있게 되는 즉시 완전한 기능을 하는 인간 장기를 만드는 길이 열릴 것이며, 의학은 영원히 바뀔 것이라고 믿습니다.

의료 3D 프린팅의 미래

3D 프린팅이 의료를 변화시킬 잠재력을 과장하기는 어렵습니다. 적층 제조 기술이 더 접근 가능하고 저렴해짐에 따라 의미 있는 의료 혁신이 그 어느 때보다 달성 가능해 보입니다. 그리고 3D 프린팅 서비스가 향후 10년 이상 의학 혁명에 중요한 역할을 할 것이라는 점이 점점 명확해지고 있습니다.

주문형 제조에 최적화된 3D 프린팅은 의료 연구자들이 틈새 응용을 위한 소량 부품을 만들고, 코로나19 팬데믹 같은 새로운 수요가 발생할 때 빠르게 방향을 전환할 수 있게 합니다.

그러나 3D 프린팅 기술 활용(올바른 재료, 가장 효과적인 공정, 최적의 워크플로 선택)은 어려울 수 있습니다. Fast Radius 전문가들과 파트너십을 맺으면 설계, 프로토타이핑, 생산, 풀필먼트 공정의 모든 단계에서 협력하여 안심할 수 있습니다. 모든 설계가 제조에 최적화되고 재료 및 생산 방법 선택이 특정 요구사항과 일치하도록 보장합니다. 시작할 준비가 되셨나요? 오늘 문의하세요.