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진아 목
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1 발행일_ 발행처_ 한국보건산업진흥원 발행인_ 이정석 통계분석 ㅣ 정책제도 ㅣ 동향전망 보 건 산 업 브 리 프 Vol D 프린팅 기술이 바꿀 보건산업의 미래 정책연구단 미래정책기획팀 이승재 Contents Ⅰ. 서론 Ⅱ. 3D 프린팅 개요 Ⅲ. 3D 프린팅 기술의 보건산업 혁신 동향과 전망 Ⅳ. 3D 프린팅 기술로 인한 보건산업의 새로운 기회와 도전 V. 결론 및 시사점

3 발행처_ 한국보건산업진흥원 발행인_ 이정석 통계분석 ㅣ 정책제도 ㅣ 동향전망 보 건 산 업 브 리 프 Vol.

3 보건산업브리프 Ⅰ 서 론 3D 프린팅 기술은 대량생산 시스템과 노동력이 중심이 되어왔던 기존 제조업에 새로운 혁신을 가져올 차세대 생산 기술 중 하나로 주목받고 있음 오바마 대통령은 2013년 2월 국정연설에서 3D 프린팅은 지금까지 모든 생산방식을 바꿀 만한 잠재력을 지녔다. 고 밝힘으로써 3D 프린팅이 미래 제조업의 혁명을 일으킬 기술로 지목 또한, 영국 The Economist도 3D 프린팅이 제3차 산업혁명을 가져올 기술 중 하나로 소개 하였으며, 2013년 매킨지 보고서는 3D 프린팅을 12가지의 잠재적인 경제 혁신기술 1) 중하나 로선정 - 매킨지 보고서(2013)에 따르면 3D 프린팅은 전 세계적으로 2025년까지 매년 2,300억 달러에서 5,500억 달러의 경제적 효과를 낼 것으로 추정 출처: McKinsey&Company(2013) [그림 1] 2025년까지 3D 프린팅의 잠재적 경제 효과 추정 1986년 첫 출원한 3D 프린팅 기술은 당시 대량 생산시대의 흐름, 특허의 권리 등으로 시장 형성이 불가능하였으나 최근 특허 만료, 소비자들의 다양한 제품요구 및 저가 보급형 모델 개발로 최근 가장 큰 이슈로 주목 - Stratasys사의 Scott Crump가 출원한 FDM의 원천기술 특허가 2007년 이미 만료되었고 3D systems사의 SLS 특허는 2014년 2월 만료예정임 1) 모바일 인터넷, 지식 자동화와 작업, 인터넷 관련된 것, 클라우드 기술, 첨단 로봇, 자치적 운송수단, 차세대 게놈, 에너지 저장장치, 3D 프린팅, 첨단 재료, 첨단 오일과 가스탐사 및 복구, 신재생 에너지 3

매년 2,300억 달러에서 5,500억 달러의 경제적 효과를 낼 것으로 추정 출처: McKinsey&Company(2013) [그림 1] 2025년까지 3D 프린팅의 잠재적 경제 효과 추정 1986년 첫 출원한 3D 프린팅 기술은 당시 대량 생산시대의 흐름, 특허의 권리 등으로 시장 형성이 불가능하였으나 최근 특허 만료, 소비자들의 다양한 제품요구 및

4 보건산업브리프 - 산업용 3D 프린터는 최소 1~2억에서 수십억원을 호가하여 실용화되기 어려울 것으로 여겨졌으나 현재는 개인용 조립식 3D 프린터가 70만원대에 시판 중임 - 3D 스캐너와 CAD 프로그램의 고도화로 다양한 상품에도 개인의 취향이나 욕구를 반영한 제품 생산이 가능해 짐에 따라 소비자들의 니즈 충족 또한, 3D 프린팅 기술은 가용원료가 확대됨에 따라 보건산업 분야에서도 의료비용 절감, 개인 맞춤형 의료제품에 대한 풍부한 잠재수요 등 3D 프린팅 활용에 대한 관심이 집중되고 있음 - Wohlers(2012)에 따르면 3D 프린팅 점유율이 보건산업 분야(의료/치과)의 경우 15.1%의 비율로 소비재, 자동차에 이어 세 번째로 높은 점유율을 기록 소비자들의 신체적 조건에 최적화된 맞춤형 제품 생산이 가능함에 따라 보건산업 분야의 새로운 생태계 도래 - 개인 맞춤형 제품이 반드시 필요한 틀니, 의족 등 특정영역에서 3D 프린팅 기술 도입 - 더 나아가 인체 조직과 세포를 재료로 인공 장기 생산이 가능함에 따라 3D 프린팅 기술은 보건 산업을 견인할 핵심 기술이 될 전망 [그림 2] 분야별 3D 프린팅 기술 활용 출처: Wohlers Report(2012) 따라서 본 고에서는 3D 프린팅 기술이 보건 의료분야에 활용되고 있는 동향과 전망을 살펴보고, 새로운 기회와 도전이 될 수 있는 요소들을 정리하여 국가차원의 대응방향에 대한 시사점을 도출하고자 함 Ⅱ 3D 프린팅의 개요 3D 프린팅의 정의 및 분류 3D 프린팅은 적층제조(additive manufacturing)기법으로 물체를 형상에 맞게 무수한 반복을 통해 쌓아올린 인쇄(McKinsey, 2013)로 정의 - 3D 프린팅의 적층제조 방식은 전통적인 제품생산 방식인 재료를 깎거나 잘라서 생산한 절삭 제조(subtractive manufacturing)의 방식과 대조 3D 프린터는 사용하는 재료에 따라 액체기반형, 분말기반형, 고체기반형으로 구분하며 각 방식에 따라 조형 속도, 정확도 등에 있어 장단점이 존재 4

1%의 비율로 소비재, 자동차에 이어 세 번째로 높은 점유율을 기록 소비자들의 신체적 조건에 최적화된 맞춤형 제품 생산이 가능함에 따라 보건산업 분야의 새로운 생태계 도래 - 개인 맞춤형 제품이 반드시 필요한 틀니, 의족 등 특정영역에서 3D 프린팅 기술 도입 - 더 나아가 인체 조직과 세포를 재료로 인공 장기 생산이 가능함에 따라 3D 프린팅 기술은

5 통계분석 ㅣ 정책제도 ㅣ 동향전망 <표 1> 3D 프린터의 분류 재료 재료 종류 조형방식 제품 예 액체 기반형 액체 형태의 재료 레이저나 강한 자외선을 이용하여 재료를 순간적 으로 경화하여 형상 제작 미국 3D systems의 SLA 시스템 분말 기반형 미세한 플라스틱 분말 (powder), 모래, 금속 성분의 가루 등 분말 형태의 재료를 가열한 후 결합하여 조형. 재료 형태에 따라 접착제를 사용하거나 레이저를 사용하는 프린터가 있음 미국 3D systems의 SLS 시스템 독일 EOS의 SLS 시스템 와이어 또는 필라멘트 형태의 재료 필라멘트 등 열가소성 재료를 열을 가해 녹인 후 노즐을 거쳐 압출되는 재료를 적층하여 조형 미국 Stratasys의 FDM 시스템 고체 기반형 왁스 성질을 가진 패럿 (작고둥근알또는공 모양의 알갱이) 재료를 헤드에서 녹여 노즐을 통해 분사 이스라엘 Objet사의 Polyjet 시스템 얇은 플라스틱 시트나 필름 형태의 재료 플라스틱 시트를 접착하면서 칼을 사용해 절단 후 적층하여 조형 미국 Helisys의 LOM 시스템 출처: KB금융지주 경영연구소(2013) 3D 프린팅 기술의 발전 아직까지 태동단계에 불과하여 3D 프린팅으로 제작된 제품의 경우 내구성이 취약하며, 생 산속도가 매우 느릴 뿐만 아니라 소형사이즈 제작만이 가능 - 적층 방식으로 단층 방향의 충격에 취약하며 인쇄가 프린터 크기 이내로 제한되어 약 30cm3 크기 미만의 제품생산만 가능 - 약 4cm정도의 정육면체 크기를 프린팅하는데 반나절에서 하루 소요될 정도로 매우 느린 생산 속도로 개선의 여지가 큼 <표 2> 3D 프린터의 기술수준 제약 현 기술수준 수년내 예상 기술수준 느린속도 반나절 하루소요 (20cm3 조형물 기준 3cm/h 수준) 수분 한 시간 소요 제한적 재료 플라스틱류 중심, 일부 재료만 가능 다양한 재료 활용 적은 크기 약 30cm3 박스 크기 미만 수십 cm3 큐빅 사이즈 이상 낮은 정밀도 0.5mm 0.01mm 조형 해상도 나노 스케일 정밀도 가능 출처: 산업통상자원부 보도자료

재료 형태에 따라 접착제를 사용하거나 레이저를 사용하는 프린터가 있음 미국 3D systems의 SLS 시스템 독일 EOS의 SLS 시스템 와이어 또는 필라멘트 형태의 재료 필라멘트 등 열가소성 재료를 열을 가해 녹인 후 노즐을 거쳐 압출되는 재료를 적층하여 조형 미국 Stratasys의 FDM 시스템 고체 기반형 왁스 성질을 가진 패럿 (작고둥근알또는공

6 보건산업브리프 더 나아가 미래의 3D 프린팅인 4D 프린팅 은 복합적인 물질을 만든 후 거기에 변환 (transformation)이라는 새로운 기능을 삽입 - 4D 프린팅은 인간의 개입없이 가열, 진동 및 중력부터 공기역학까지 각기 다른 에너지 원천에 의해 자극을 받아 자가조립의 과정을 통해 가구, 자동차 심지어 건물까지 생산 가능 이러한 4D 프린팅 기술은 세계 1위 3D 프린터 업체 Stratasys R&D부서와 MIT의 자가조립 연구소에서 공동연구를 진행 중임 - 4D 프린팅은 스마트 소재(특정 외부조건 하에 모습이 변하는 소재)를 활용한 3D 프린팅 기술로서 3D 프린터로 부품을 만들어 조립하는 과정을 거치는 것이 아니라 3D 프린터로 인쇄한 스마트 소재가 특정조건에 놓이면 스스로 모습이 변하도록 하는 기술 - 예를 들어 자동차 타이어의 경우 평상시와 눈, 비가 올 때의 다양한 외부 환경에 따라 스스로 변화하는 타이어 생산이 4D 프린팅 기술을 통해 가능 출처: [그림 3] 스스로 접히는 막대, 큐브 현재의 3D 프린팅 기술이 활용 가능한 소재가 매우 협소하지만 4D 프린팅은 단순한 소재가 아닌 스스로 조립되며 변화하는 스마트 소재의 제품생산이 가능 스마트 소재와 3D 프린팅 기술을 결합한 4D 프린팅을 활용할 경우 전통적으로 제조업의 필수과정인 조립과정이 생략되는 혁신적인 기술이며 따라서 노동집약적인 산업에 막대한 영향을 미칠 것으로 예상됨 6

인쇄한 스마트 소재가 특정조건에 놓이면 스스로 모습이 변하도록 하는 기술 - 예를 들어 자동차 타이어의 경우 평상시와 눈, 비가 올 때의 다양한 외부 환경에 따라 스스로 변화하는 타이어 생산이 4D 프린팅 기술을 통해 가능 출처: http://www.sjet.

7 통계분석 ㅣ 정책제도 ㅣ 동향전망 주요국 3D 프린팅 기술 정책 동향 미국, 유럽, 일본 등 글로벌 주요 선진국은 3D 프린팅 기술을 향후 제3차 산업혁명을 위한 기반으로 주목하고 이미 3D 프린팅 산업육성을 위한 정책을 추진하고 있음 <표 3> 주요 선진국의 3D 프린팅 기술 정책 추진 현황 구분 미국 유럽 일본 중국 한국 정 책 동 향 제조업 발전의 핵심기술로 3D 프린팅 기술을 선정하고, 관련법령 정비 및 산학 연계지원 추진 - 15개 첨단 제조허브 네트워크 구축계획을 담은 제조업 혁신 국가 네트워크 법령 이 하원을 통과, 대학 지방정부와 함께 제조업 혁신을 위한 컨소시엄 설립, 총 10억 달러 투자계획 발표 년 오하이오주 영스타운에 최초 민관공동 제조혁신재단으로 3D 프린팅 관련 전용 연구기관 NAMII(National Additive Manufacturing Innovation Institute) 설립 유럽 위원회는 성장이 둔화된 제조산업의 재활성화 및 경제 성장을 목표로 3D 프린팅 기술을 제조업의 주요 트렌드로 육성하기 위한 전략 개발 및 개발자금 투자를 논의 2013년 5월, 경제산업성 주도의 3D 프린터 개발계획 발표 - 경제산업성 산하 산업기술종합연구소가 3D 프린터 개발 프로젝트로 총괄하고 3D 프린터 제조업체인 시메트 등 민간기업이 역할을 나누어 기술 개발 예정 개발예산은 30억엔이며 완성시기는 2018년을 목표 중국은 2012년 3D 프린터기술산업연맹을 설립하고 산업표준 제정 및 산학관 협력을 진행 중이며, 정부는 통합된 조직력을 발휘하여 산업화된 군집형 성장모델 개발 추진 - 10개의 공업도시에 3D 프린터 기술산업혁신센터를 설립하고, 3D 프린팅 기술을 국가기술 발전연구계획 및 2014년 국가과학기술 제조영역 프로젝트지침 에 포함시켜 4,000만 위안(약 71조원)의 연구자금을 지원할 계획 3D 프린팅 활용기술을 기술영향평가 대상으로 선정( 미래창조과학부)하여 국가정책에 반영할 방향을 모색하는 단계 - 산업통상자원부는 3D 프린팅산업 발전전략 포럼 을창립( )하고 논의를 통해 도출 된 산업지원계획을 발표예정 - 산업통상자원부가 20억원을 투자해 3D 프린팅 기술기반 제조혁신지원센터 를 구축할 예정 출처: 3D 프린터 차세대 제조업 혁신 주도전망, 정보통신산업진흥원, 2013 글로벌 3D 프린팅 산업 및 정책 동향, 정보통신산업진흥원, D 프린팅 기술이 바꿀 제조업 패러다임, 경기중소기업종합지원센터, 2013 Ⅲ 3D 프린팅 기술의 보건산업 혁신 동향과 전망 3D 프린팅 기술의 보건의료 분야 적용 현황 1) 가상 시뮬레이션을 통한 수술 성공률 제고 삼성서울병원 이비인후과에서 국내 최초로 부비동암 수술에 3D 프린터를 이용함에 따라 수술 후 부작용 중 하나인 얼굴, 눈 함몰 가능성을 최소화 7

연구기관 NAMII(National Additive Manufacturing Innovation Institute) 설립 유럽 위원회는 성장이 둔화된 제조산업의 재활성화 및 경제 성장을 목표로 3D 프린팅 기술을 제조업의 주요 트렌드로 육성하기 위한 전략 개발 및 개발자금 투자를 논의 2013년 5월, 경제산업성 주도의 3D 프린터 개발계획 발표 -

8 보건산업브리프 - 기존의 CT 등 영상의학검사 자료에만 의존해 수술을 진행할 경우 얼굴 골격을 정확히 확인 하기 힘들어 수술 과정에서 부정교합이 발생할 가능성이 존재 - 또한, 시간이 지남에 따라 구조물의 변형으로 인하여 눈 주변부가 주저앉아 양쪽 눈이 수평선이 어긋나면서 복시( 複視 )가 진행될 가능성이 농후 - 이점을 해결하기 위해 치과용 모형물을 만드는 벤처회사에 CT영상을 의뢰하여 환자의 수술 부위의 골격을 3D 프린터를 이용해 모형물을 제작 [그림 4] 3D 프린터로 제작한 얼굴 결손 부위 모형물 출처: - 이를 토대로 수술 중 예상되는 얼굴 골격 절제 범위를 미리 확인할 뿐만 아니라 절제 부위의 뼈의 두께, 절제 방향의 중요 구조물 등을 실시 간으로 확인하며 수술에 이용 - 뼈절제후뼈결손부위의복원시두개골복원용골시멘트를 이용하여 모형물에서 정확한 뼈 결손부의 복원을 시킬 수 있었으며, 이 골 시멘트 결손 모형은 직접 혹은 복원에 사용되는 다른 소재인 티타늄의 모양을 정확히 만들어 주는데 이용 2013년 10월 방국방사선학회논문지에 따르면 대퇴골(Femur)의 골절 수술 전 CT Image을 이용하여 3D 프린터로 환자 맞춤형 대퇴골을 제작 후 시뮬레이션을 통해 수술 중 발생할 수 있는 2차적 손상을 방지하고 시간단축 및 보다 정밀한 수술이 가능 - 사람의 뼈 중 가장 크고 긴 뼈인 대퇴골은 가운데 부분인 몸통의 경우 긴 파이프 모양이면서 해면골이 거의 없기 때문에 가운데 몸통 부위가 골절되면 뼈가 잘 붙지 않음 - 특히 복합 골절 환자의 대퇴골에 IM Nail을 삽입하게 되는데 이때 대퇴골의 중심으로 진입을 하지 못하면 2차 골절 등의 피해가 발생함 - 따라서 3D 프린팅을 통해 수술 환자 대퇴부를 맞춤형 제작하여 수술 시뮬레이션을 통해 수술 중 발생할 수 있는 오차를 감소시켜 2차 골절의 손상을 방지하고 수술시간 단축 및 보다 정확한 수술을할수있을것으로기대됨 8 [그림 5] 수술전 인쇄한 뼈 IM Nailing 시뮬레이션 [그림 6] IM Nailing 시뮬레이션(X-ray 이미지) 출처: 한국방사선학회논문지, CT 영상을 이용한 3D 프린팅으로 환자 맞춤형 대퇴골 첨삭가능, 오왕규 외(2013)

net - 이를 토대로 수술 중 예상되는 얼굴 골격 절제 범위를 미리 확인할 뿐만 아니라 절제 부위의 뼈의 두께, 절제 방향의 중요 구조물 등을 실시 간으로 확인하며 수술에 이용 - 뼈절제후뼈결손부위의복원시두개골복원용골시멘트를 이용하여 모형물에서 정확한 뼈 결손부의 복원을 시킬 수 있었으며, 이 골 시멘트 결손 모형은 직접 혹은 복원에 사용되는 다른

9 통계분석 ㅣ 정책제도 ㅣ 동향전망 2) 맞춤형 의료 보형물 제작 포스텍과 서울 성모병원 연구진이 태어날 때부터 코와 콧구멍이 없었던 몽골소년에게 3D 프린팅 기술을 이용하여 인공 코에 맞춤형 인공 콧구멍, 기도 지지대를 넣어 성공적으로 안착시킴[그림 7] - 몽골소년은 성모병원에서 코 재건을 위해 이마에 식염수를 집어넣어 피부를 늘리고 늘어진 이마의 피부를 코 쪽으로 이동시키는 시술을 지속적으로 시행함 수술 전 수술 후 [그림 7] 안면기형 소년의 수술 전 후 모습비교 출처: 한국경제( ) - 코를 재건하고 콧구멍을 뚫었지만 구강 점막이 쪼그라들어 콧구멍이 다시 막혀 콧구멍부터 숨 구멍을 유지해 줄 기관이 필요하였음 - 시중에 유통되는 인공지지대는 매우 단순하기 때문에 3D 프린팅 기술로 인체에 무해한 실리콘을 넣어 최종기관을 완성하여 집어넣음 3D 프린트 이용한 인공기관 제작 과정 ❶ 컴퓨터단층촬영 (CT) 분석 ❷ CAD 이용해 3차원 설계도면 마련 ❸ 몰드(거푸집) 설계도면 작성 ❹ 3D 프린트로 실제 거푸집 제작 ❺ 거푸집에 실리콘 주입해 인공기관 완성 출처: [그림 8] 3D 프린터를 이용한 인공기관 제작과정 순천향대 서울병원 소화기병센터 교수팀은 최근 3D 프린터로 출력한 내시경 수술기구(내시경 캡)를 이용하여 중년 여성환자의 위점막하종양을 하이브리드노츠(hybrid NOTES) 치료법 으로 제거하는데 성공[그림 9] - 수술에 사용한 내시경 캡은 3D 프린터 제조회사 프로토텍(Proto Tech)과 의료기기 개발회사 에이템티(AMT)가 공동개발한 것으로 식도와 위장 등 각 장기에 적합하고 병변에 맞는 내시경 캡 디자인 개발함 9

22) - 코를 재건하고 콧구멍을 뚫었지만 구강 점막이 쪼그라들어 콧구멍이 다시 막혀 콧구멍부터 숨 구멍을 유지해 줄 기관이 필요하였음 - 시중에 유통되는 인공지지대는 매우 단순하기 때문에 3D 프린팅 기술로 인체에 무해한 실리콘을 넣어 최종기관을 완성하여 집어넣음 3D 프린트 이용한 인공기관 제작 과정 ❶ 컴퓨터단층촬영 (CT) 분석 ❷ CAD 이용해

10 보건산업브리프 - 지금까지 획일적인 모델의 내시경 캡을 사용 하였지만 3D 프린터를 이용하여 환자의 병변 위치에 따라 크기와 모양을 바꿀 수 있으며 양 옆이 트여있는 형태로 제작하여 그동안 접근이 쉽지 않았던 식도 병변을 효과적으로 치료할 것으로 기대 [그림 9] 3D 프린터로 제조된 내시경 부속기구 출처: 조세일보( ) 테크플러스 2013 에 소개된 3D 프린터와 3D 스캐너를 통해 2차원의 영역을 3D로 바꿔 줌에 따라 치과에서 임플란트 수술에 활용시 편의성 제고 - 기존의 임플란트 수술의 경우 X-ray를 통해 시술 부위를 판단하고 잇몸을 절개한 뒤 의사가 눈으로 잇몸 뼈를 일일이 찾아보면서 수술을 시행하기 때문에 많은 시간이 소요되고 출혈과 통증이 상당하였음 - 하지만 최근 덴탈 3D CT, 3D 오랄 스캐너, 수술용 가이드, 3D 프린터 등을 사용하면서 임플란트 수술이 더욱 정교해지기 시작함 - 3D CT를 통해 턱뼈는 물론 신경관, 치아 상태까지 볼 수 있고 구강구조와 잇몸 뼈 파악이 가능 함에 따라 잇몸 뼈가 얼마나 남아 있는지 확인해 불필요한 뼈 이식술을 피할 수 있음 - 임플란트 위에 올라가는 임플란트 지대주 역시 3D 기술 적용이 가능하기 때문에 인공치아와 임플란트의 나사를 연결하는 임플란트 지대주를 개개인의 구강상태에 따라 맞춤형 제작이 가능 3) 의료인력 교육 실습 NewScientist에 따르면 말레이시아 쿠알라룸푸르 소재 말레이시아 대학 교수진과 연구진이 개발한 3D 프린팅한 두개골 모형을 통해 뇌종양을 제거하는 실습 진행[그림 10] - 다양한 질감과 두께의 플라스틱 조형물을 찍어내는 최신 3D 프린터를 이용하여 피부와 두개골, 두개골의 내부 연부조직까지 재현 - 실제모형처럼 두개골은 딱딱하며 내부 연부조직은 얇고 말랑말랑하게 프린팅하였을 뿐만 아니라 수술 시에 나는 소리까지 비슷하게 구현되어 학생들이 종양모형을 집어넣은 뒤 두개골을 뚫고 뇌종양을 제거하는 실습이 가능 2013년 7월 중앙대병원 의료실습 현장에서는 3D 프린터로 제작한 두상 모형으로 뇌종양 수술 실습교육을 실시 - 3D 프린팅 기술로 의대생들과 전공의들의 실습이 가능해 짐에 따라 예행연습 이 가능하고 및 실력을 향상시키는데 큰 도움을 줄 것으로 기대 - 또한, 해부용 시신이 없어도 3D 프린팅 기술을 이용한 인체모형을 만들어 실습할 경우 의대생 들이 직접 만져보고 모의수술이 가능 10

- 하지만 최근 덴탈 3D CT, 3D 오랄 스캐너, 수술용 가이드, 3D 프린터 등을 사용하면서 임플란트 수술이 더욱 정교해지기 시작함 - 3D CT를 통해 턱뼈는 물론 신경관, 치아 상태까지 볼 수 있고 구강구조와 잇몸 뼈 파악이 가능 함에 따라 잇몸 뼈가 얼마나 남아 있는지 확인해 불필요한 뼈 이식술을 피할 수 있음 - 임플란트 위에 올라가는

11 통계분석 ㅣ 정책제도 ㅣ 동향전망 출처: NewScientist [그림 10] 3D 프린터로 제조된 두개골 모형 위 사례에서 살펴본 바와 같이 현재는 뼈 조각 접합 같은 정교한 수술을 하기 전 계획단계 에서 시뮬레이션용으로 쓰이는 정도이거나 개인에게 맞춤형 의료에 적합한 보형물이나 치과용 같은 일반적인 의료 보조장치에 대부분 적용됨 현재 3D 프린팅의 기술은 단순히 개인 맞춤형 보청기, 의족, 의수, 틀니 등 실리콘, 플라스틱 이나 금속으로 제작되어 생체친화성이 부족하지만 미래에는 자신의 세포와 조직을 넣어 인쇄한 완벽한 자신의 귀, 뼈, 신장, 혈관, 피부까지 재생 생산할 수 있는 방법으로 응용이 가능 보건의료분야에서의 3D 프린팅 기술 발전 전망 1) 바이오프린팅(Bio-Printing) 바이오프린팅이란 살아있는 세포를 원하는 형상 또는 패턴으로 적층하여 조직이나 장기를 제작하는 3D 프린팅 기술의 한 분야로 장기 프린팅, 근육과 뼈 제작 등 다양한 분야에 적용 될수있음 - 얼마 전 미국 샌디에고의 생명공학 회사 Oraganovo는 수 만개의 세포로 이루어진 바이오 잉크를 원하는 모양으로 적층하는 3D 프린팅 기술을 개발하였으며 Organovo는 3D 프린팅한 간이 40일 동안 살아남아 인공장기의 가능성을 보여줌 - 간 세포를 배양할 때 특정인의 줄기세포를 활용하기 때문에 생착에는 문제가 없을 것으로 예상 되지만앞으로40일이상살수있는방법을연구중이며2014년 말까지 완벽한 인공 간을 제작 하는 것이 목표 바이오프린팅을 수행하기 위해서는 다음과 같은 3가지 단계를 거쳐야 함 1 전처리(preprocessing) - CAD(Computer Aided Design), 청사진(blueprint), 프리 컨디셔닝(preconditioning) 2 주처리(main processing) - 실제 프린팅(actual printing), 경화(solidification) 3 후처리(postprocessing) - 관류(perfusion), 포스트컨디셔닝(postconditioning), 조직 성숙 과속화(accelerated tissue maturation) 출처: 한국 CAD/CAM 학회지, 바이오프린팅 기술의 소개, 추원식 외(2008) 11

바이오프린팅이란 살아있는 세포를 원하는 형상 또는 패턴으로 적층하여 조직이나 장기를 제작하는 3D 프린팅 기술의 한 분야로 장기 프린팅, 근육과 뼈 제작 등 다양한 분야에 적용 될수있음 - 얼마 전 미국 샌디에고의 생명공학 회사 Oraganovo는 수 만개의 세포로 이루어진 바이오 잉크를 원하는 모양으로 적층하는 3D 프린팅 기술을 개발하였으며

12 보건산업브리프 - 바이오프린팅 기술을 이용하여 장기를 제작하는 경우, 3차원 구조 제작을 하기 위해 세포와 젤을 층별로 적층하는 방식을 사용하며 세포는 젤이나 바이오 페이퍼와 같은 세포가 적절하게 적층될 수 있는 특수한 물질 위에 쌓이면서 3차원 형상으로 제작[그림 11] - 이렇게 제작된 3차원 튜브형상에 관류액을 흘려보내는 작업을 통하여 동맥, 정맥, 모세혈관 등 조직 제작이 가능[그림 12] [그림 11] 세포를 적층하는 방식 출처: 한국 CAD/CAM 학회지, 바이오프린팅 기술의 소개, 추원식 외(2008) [그림 12] 튜브에 관류액 흘려보내는 작업 현대의 장기이식은 거의 모든 장기를 기증자를 통해 공급되고 있지만 장기 기증자의 부족으로 수많은 환자들이 장기 기증자를 기다리고 있는 실정 - 언제든지 원하는 시기에 바이오프린팅을 통해 제작된 조직이나 장기는 설계된 형상으로 만들어 지기 때문에 보관상의 문제가 없을 뿐만 아니라 미래에는 장기 기증자를 막연하게 기다려야만 하는 불편이 사라질 수도 있음 - 또한 인공 장기의 경우 살아있는 세포로 제작된 것으로 기존의 플라스틱이나 금속으로 제작된 생체친화성이 떨어지는 문제가 해결 될 것임 2) 의약 프린팅(pharmaceutical printing) 영국 글래스고 대학 화학과 리 크로닌(Lee Cronin) 교수는 소비자들이 가정에서 의약품을 설계하고 창조하는데 사용될 수 있는 가정용 화학제품 제작기계를 개발 중임 년 Nature Chemistry에 리 크로닌 교수가 발표한 제약용 3D 프린터에 관한 연구 논문 2) 에서 이러한 과정이 어떻게 작동하는지 증명하였음 - 컴퓨터와 지원 설계 소프트웨어에 의해 작동되는 3D 프린터를 사용하여 상온에서 세팅되는 폴리머 젤로 만들어진 화학반응용 특수용기(Reactionware)를 개발함 즉 화학을 앱 (그림 14)으로 만들기 위해 3D 프린터를 이용하여 비커와 실험용 튜브를 프린트하고 또한 동시에 분자를 프린트하여 이를 결합하여 리액션웨어 를 만듬 - 용기를 프린트하면서 동시에 화학 반응을 일으킴으로서 화학적 범용 도구 세트를 만든 후 검색 엔진처럼 생물학적, 화학적인 네트워크를 심을 수 있고 치료해야 할 세포가 있으면 이런 네트 워크를 심고 동시에 화학을 하여 새로운 약품을 만들 수 있음 2) Nature Chemistry, Integrated 3D-printed reactionware for chemical synthesis and analysis,

언제든지 원하는 시기에 바이오프린팅을 통해 제작된 조직이나 장기는 설계된 형상으로 만들어 지기 때문에 보관상의 문제가 없을 뿐만 아니라 미래에는 장기 기증자를 막연하게 기다려야만 하는 불편이 사라질 수도 있음 - 또한 인공 장기의 경우 살아있는 세포로 제작된 것으로 기존의 플라스틱이나 금속으로 제작된 생체친화성이 떨어지는 문제가 해결 될 것임 2) 의약

13 통계분석 ㅣ 정책제도 ㅣ 동향전망 - 설계도를 다운로드 후 그 분자에 해당하는 잉크를 사용하여 프린터를 이용해 장치를 만들 수 있으며 궁극적으로 개인 각자를 위한 약품을 프린팅이 가능함 출처: [그림 13] 리액션웨어 [그림 14] 화학 앱을 통한 약 제조 현재의 의약 연구 경우 화학물질을 정제하여 약으로 만들고 인간의 세포에 투여하여 반응을 본 후 이상이 없을 경우 동물실험을 진행을 통하여 임상시험으로 진행과정을 거침 하지만, 이 3D 프린터를 상업용으로 보급될 경우 가격이 약 2,000달러 정도로 개발도상국의 헬스케어에 혁명을 가져올 것으로 평가 - 제약업계가 바이오프린팅의 기술에 힘입어 양질의 데이터를 더 빠른 시간 안에 확보할 경우 신약의 개발속도는 매우 빨라지며 비용의 절감이 가능할 것으로 예측 Ⅳ 3D 프린팅 기술로 인한 보건산업의 새로운 기회와 도전 1) 기회요인 ( 新 비즈니스 등장) 어떠한 모양이든 자유롭게 제작이 가능함에 따라 다품종 소량생산 및 개인 맞춤형의료기기 생산으로 인한 새로운 보건산업 비즈니스 창출 - 3D 스캐너와 3D 프린터를 활용할 경우, 사람의 손으로 구현하기 힘든 정밀한 작업까지 가능하여 최적화된 제품으로 환자의 만족도를 보다 높일 수 있으며 의료기기 분실 시 저장된 스캔자료를 통해 즉시 공급이 가능함 - 따라서, 환자들의 신체적 조건에 최적화된 맞춤형 제품 생산으로 보건산업 분야의 새로운 사업 모델 발생함 (일자리 창출) 보건산업의 새로운 하이테크 일자리 창출로 고급 인력의 수요 증가 - 보건산업에서의 3차원 영상, CAD, 3D 프린터를 운영할 소프트웨어 및 하드웨어 전문가에 대한 고급인력 일자리 창출 - 미래 3D 프린팅 기술은 소재가 다양화됨에 따라 새로운 융합분야로의 확대가 가능하여 바이오 디자인 등 보건산업에서의 특화된 디자이너가 등장할 수 있음 13

것으로 평가 - 제약업계가 바이오프린팅의 기술에 힘입어 양질의 데이터를 더 빠른 시간 안에 확보할 경우 신약의 개발속도는 매우 빨라지며 비용의 절감이 가능할 것으로 예측 Ⅳ 3D 프린팅 기술로 인한 보건산업의 새로운 기회와 도전 1) 기회요인 ( 新 비즈니스 등장) 어떠한 모양이든 자유롭게 제작이 가능함에 따라 다품종 소량생산 및 개인 맞춤형의료기기

14 보건산업브리프 (의료 질 향상) 3D 프린팅으로 환자의 수술 부위의 사전 연습이 가능함에 따라 조직 손상 최소화, 수술 성공률 제고 및 수술시간을 획기적으로 단축함에 따라 환자와 의료진 모두의 편익 증가 - 전문의들이 3D 프린팅된 인체모형을 통해 의료수술 전 사전 연습이 가능함에 따라 의료서비스 질이 향상 - 의대, 간호대의 3D 프린팅을 이용한 새로운 교육 커리큘럼 구축을 통해 양질의 우수한 의료진 육성 (대중화 실현) 3D 프린팅 기술이 발달함에 따라 비용이 적절한 수준으로 책정될 경우 다양한 계층도 3D 프린팅 기술을 이용한 의료서비스 수요가 가능 - 최근 출시되고 있는 3D 프린터는 낮은 가격에 출시되고 있는 가정용 제품도 있으나 아직까지 보건산업에서 이용 가능한 산업용 3D 프린터의 경우 매우 고가임 - 따라서, 보건산업에서의 저가 고품질 3D 프린터가 보급될 경우 상대적인 의료비용 절감으로 의료서비스 소비자들의 후생 증가 2) 새로운 도전 및 과제 3D 프린팅 기술이 전 세계적으로 초기 단계이기 때문에 여러 산업에서 다양한 용도로 활용 하고 있지만 보건산업에서의 사용이 증가에 대비하여 안전성 확보에 대한 제도 마련이 필요 - 보건산업의 경우 우리나라 정부는 이 문제에 대해 아직까지 별다른 움직임이 없지만 미국, 유럽 등에서는 보건산업에서의 3D 프린팅 기술 접목에 따른 관리 시스템을 갖추는 작업을 준비 중임 3D 프린팅 기술이 만드는 다양한 의료기기를 현 의료법 체계 내에서 어떻게 담아내야 할지에 대한 의료기기 허가 패러다임의 변화가 필요 - 의료기기 허가를 받지 않고 제작되는 것은 무허가 의료기기 제조에 해당해 위반시 의료기기법 위반으로 처벌되며 치료 목적의 장치는 명백하게 의료기기로 해석되기 때문에 질병의 치료 또는 경감을 위해 사용하는 장치는 의료기기법에 따라 제조 또는 수입허가를 받아야 함 - 식약처는 의료기기 품목 및 품목별 등급에 관한 규정을 정하고 있으나 현재 3D 프린터와 관련한 의료기기 품목이 없음 - 3D 프린터와 3D 인쇄물로 인한 신제품 등 품목을 세분화할 필요가 있으며 품목의 특성을 고려 하여 재분류가 필요한 품목등급 분류체계의 개선 및 심사의 가이드라인을 세분화함으로써 혼란을 방지하고 의료기기 관리의 효율성 제고가 필요 - 또한, 신개발의료기기인 3D 프린터의 경우 장기적으로 임상시험을 통해 안전성과 유효성 점검을 하고 시판 후 품질 사후 관리 필요하기 때문에 재심사기간(허가 후 4~7년 이내)을 설정하여 지속적인 관리가 필수적임 - 무엇보다도 커스텀 메이드 의료기기에 대한 정의 및 관리체계 수립이 선행되어야 하며 이에 따라 3D 프린터, 3D 인쇄물을 해당 체계에서 관리할 수 있을 것임 - 3D 프린팅 기술을 활용한 맞춤형 의료기기의 시도와 개발에 장애가 되지 않는 세심하고 유연한 제도가 수립되어야 함 14

고가임 - 따라서, 보건산업에서의 저가 고품질 3D 프린터가 보급될 경우 상대적인 의료비용 절감으로 의료서비스 소비자들의 후생 증가 2) 새로운 도전 및 과제 3D 프린팅 기술이 전 세계적으로 초기 단계이기 때문에 여러 산업에서 다양한 용도로 활용 하고 있지만 보건산업에서의 사용이 증가에 대비하여 안전성 확보에 대한 제도 마련이 필요 - 보건산업의 경우

15 통계분석 ㅣ 정책제도 ㅣ 동향전망 미래의 바이오프린팅 기술의 발달할 경우 인체의 일부인 얼굴, 지문인쇄 등이 가능해짐에 따라 불법 스캐닝 및 설계 유통에 따른 무분별한 도용행위 발생 - 지문은 모든 사람이 각각 다른 모양을 가지기 때문에 개인 식별, 범죄 수사의 단서, 인장 대용으로 사용되고 있으나 지문인쇄가 가능할 경우 악용될 가능성 존재 바이오프린팅으로 출력된 인공장기, 피부 등 의료행위 인정 여부 및 범위가 불분명하며 그 보다 우선적으로 현재 3D 프린터 및 프린팅된 제품의 인체의 안전성 검증, 기준에 대한 사회적인 공감대 형성을 위한 노력이 필요 - 바이오프린팅으로 인쇄된 신체조직의 인체 안정성 및 적합성이 불분명할 경우 환자들에게 심리적 으로 불안으로 수요층 확보의 어려움 - 의료 행위로 인정될 경우 보험 적용에 대한 여부와 초기 인공 장기이식의 막대한 비용으로 인하여 저소득 계층 대상의 정부지원체계 구축 Ⅴ 결론 및 시사점 3D 프린팅 기술이 새로운 보건산업분야로 급부상함에 따라 보건의료 패러다임 변화에 대한 적응과 더불어 획일화된 의료기기, 수술 성공률 향상 등 보건산업계의 전반적인 효율성 제고 노력이 이루어져야 하는 상황임 - 이와 같은 문제점을 극복하고 보건산업 경쟁력을 확보하기 위한 방안의 일환으로 최근 주목 받는 3D 프린팅 활용을 검토해 볼 가치가 있음 아직까지 보건산업의 일부 영역에만 제한적으로 사용되고 있는 3D 프린팅 기술이 궁극적으로 개인 맞춤형 조직이나 인공장기를 생산하는 시스템으로 발전할 가능성이 다분함 - 현재의 3D 프린팅 기술은 일반적인 의료 보조장치(틀니, 실리콘 보형물, 의족, 의수), 수술 전 시뮬레이션, 의료 교육용 등으로 제작되고 있음 - 최근에는 3D 스캐너와 결합하여 필요한 기관 및 장기를 디자인하고 3D 프린팅으로 생산하는 방식이 논의되고 있으며 심지어 의약 프린팅, 4D 프린팅 등 다양한 기술개발로 보건산업의 혁신적인 새로운 성장 동력으로 주목받을 것으로 예상됨 이처럼 3D 프린팅 기술이 가져올 혁신과 더불어 보건산업 제조의 소비시장의 변화, 새로운 유통서비스업의 출현 등 우리나라 기업들이 보다 유연한 대응이 필요 - 3D 프린팅 기술이 대중화 될 경우 중국 등 저임금 국가 대상의 아웃소싱 매력이 크게 감소함에 따라 우리나라 제조업 부흥의 기회로 도약해야 함 - 소비자의 니즈에 즉각 반응하기 위해 기업의 제조설비가 소비시장(병원) 근접 지역 중심으로 이동할 것으로 예측됨에 따라 소규모 생산기업 네트워크에 필요한 제품을 주문하는 평행생산 방식을 고려 - 재고가 없는 유통구조 변화로 인해 기존의 도 소매라는 유통질서 붕괴를 초래하여 기업 조직의 선진화 구현이 시급 15

행위로 인정될 경우 보험 적용에 대한 여부와 초기 인공 장기이식의 막대한 비용으로 인하여 저소득 계층 대상의 정부지원체계 구축 Ⅴ 결론 및 시사점 3D 프린팅 기술이 새로운 보건산업분야로 급부상함에 따라 보건의료 패러다임 변화에 대한 적응과 더불어 획일화된 의료기기, 수술 성공률 향상 등 보건산업계의 전반적인 효율성 제고 노력이 이루어져야 하는 상황임 -

16 통계분석 ㅣ 정책제도 ㅣ 동향전망 사례 조사 결과 주요국들은 3D 프린팅 기술을 차세대 제조업 혁신을 주도할 것으로 기대하며 정부가 향후 산업육성을 위한 정책을 추진할 계획을 세우며 활발한 투자를 하고 있음 - 미국 정부는 벌써 3D 프린팅을 뛰어넘어 4D 프린팅 기술을 선점하기 위해 미국 육군연구소는 MIT, 하버드대, 피츠버그 대 등 4D 프린팅 기술을 연구하는 대학교에 855,000달러 연구비 지원하기로 결정 하지만 우리나라는 아직까지 3D 프린팅 기술을 기술영향평가 대상으로 선정하여 국가정책에 반영할 방향을 모색하는 단계임 - 우리나라는 세계 최고수준의 ICT인프라를 보유하고 있으며 우수한 인재의 보건의료분야 선호 등 3D 프린팅 기술을 이용한 보건산업 활용에서 경쟁우위를 지니고 있어 이를 극대화하기 위한 정책적 고려가 이루어져야 하는 상황임 - 연구비 및 인프라 지원, 정책 선진화를 중심으로 3D 프린팅 기술을 통한 보건산업 활성화 방안을 강구해야 함 또한, 정부는 3D 프린팅 기술에 수반되는 안전성, 저작권 침해 및 기술악용 가능성에 대한 대응책 마련 및 제도 정비 필요 등 해결해야 할 과제들이 남아 있음 - 바이오프린팅 기술을 이용한 제품의 인체 안전성 및 적합성의 문제와 법적 규제 및 바이오프린팅 기기의 의료기기 인정여부, 보험적용 여부 등 정부차원의 선제적인 대응이 추진되어야 할 것임 참고문헌 경기중소기업종합지원센터, 3D 프린팅 기술이 바꿀 제조업 패러다임, 2013 과학기술정책연구원, 재생의학에서의 3D 프린팅 기술 전망, 2013 정보통신산업진흥원, 글로벌 3D 프린팅 산업 및 정책 동향, 2013 KB금융지주 경영연구소, 3D 프린터 시장 현황과 파급 효과, 2013 정보통신산업진흥원, 3D 프린터 차세대 제조업 혁신주도 전망, 2013 한국방사선학회논문지, CT영상을 이용한 3D 프린팅으로 환자 맞춤형 대퇴골 첨삭가공, 2013 Technology Review. Micro 3-D printer creates tiny structure in seconds, 2013 BBC, Artificial blood vessels created on a 3D printer, 2011 NATURE CHEMISTRY, Integrated 3D-printed reactionware for chemical synthesis and analysis, 2012 TED, The emergence of 4D printing, 2013 TED, Print your own medicine, 2013 WIPO MAGAZINE, 3D printing and the future, 2013 McKinsey&Company, Disruptive technologies: Advances that will transform life, business, and the global economy, 2013 집필자 : 미래정책기획팀 이승재 문의 : Tel 본 내용은 연구자의 개인적인 의견이 반영되어 있으며, 한국보건산업진흥원의 공식견해가 아님을 밝혀둡니다. 본 간행물은 보건산업통계포털( 주간단위로 게시되며 PDF 파일로 다운로드 가능합니다. 16 보건산업정보통계센터 Center for Health Industry Information & Statistics

극대화하기 위한 정책적 고려가 이루어져야 하는 상황임 - 연구비 및 인프라 지원, 정책 선진화를 중심으로 3D 프린팅 기술을 통한 보건산업 활성화 방안을 강구해야 함 또한, 정부는 3D 프린팅 기술에 수반되는 안전성, 저작권 침해 및 기술악용 가능성에 대한 대응책 마련 및 제도 정비 필요 등 해결해야 할 과제들이 남아 있음 - 바이오프린팅 기술을 이용한

Art & Technology #5: 3D 프린팅 - Art World | 현대자동차

Art & Technology #5: 3D 프린팅 - Art World | 현대자동차 Art & Technology #5: 3D 프린팅 새로운 기술, 새로운 가능성 미래를 바꿔놓을 기술 이 무엇인 것 같으냐고 묻는다면 어떻게 대답해야 할까요? 답은 한 마치 한 쌍(pair)과도 같은 3D 스캐닝-프린팅 산업이 빠른 속도로 진화하고 있는 이유입니 가지는 아닐 것이나 그 대표적인 기술로 3D 스캐닝 과 3D 프린팅 을 들 수 있을 것입니 다. 카메라의