한국생산기술연구원

한국생산기술연구원, 3D 프린팅 기술 활용한 생체 이식 시대 열다!

- 무게 최소화한 고강도 ‘순수 타이타늄 소재 3D 프린팅 두개골’ 개발

- 중앙대학교병원과 공동 연구 개발 후 5일 이식 수술 시행

한국생산기술연구원(원장 이영수, 이하 생기원) 강원지역본부 적층성형가공그룹 ‘3D프린팅기술센터’는 중앙대학교병원과 함께 3D 프린팅 기술을 통해 ‘순수 타이타늄’ 소재의 생체 이식용 두개골을 개발하고 이를 이용한 이식 수술을 시행했다고 5일 밝혔다.

중앙대학교병원(원장 김성덕) 신경외과 권정택 교수팀은 5일 뇌지주막하 출혈로 뇌가 비정상적으로 부풀어 올랐다가 두개골이 함몰된 60대 여성 환자에게 3D 프린팅 두개골 이식수술을 실시했다.

생기원은 지난해 1월 중앙대학교병원과 임상실험 협력회의를 시작으로 중앙대학교병원 IRB(연구자 임상시험 승인) 및 식약처 임상시험(소재 성분시험, 공인시험 성능테스트 등) 승인을 같은 해 4월 완료하고, 정부출연(연) 최초로 임상 GMP 자격심사까지 획득해 이번 수술이 가능했다.

수술에 사용되는 3D 프린팅 두개골은 생기원이 자체 개발한 3D 프린팅 기술을 적용해 환자 두상에 맞춰 제작한 '순수 타이타늄' 금속 소재로서, 기존 알루미늄-바나듐-타이타늄 합금에 준하는 높은 강도를 실현한 것이 가장 큰 특징이다. 그간 꾸준히 제기돼온 알루미늄과 바나듐의 인체 유해논란에서 벗어난 인체삽입 구조물 제작의 길을 열었다는 것에 의미가 있다.  

순수 타이타늄 소재는 인체에 무해하면서 가볍지만 합금 소재에 비해 기계적 강도가 60% 수준에 머무르는 것이 한계였으나, 생기원의 독자 3D 프린팅 개발기술*로 제작된 인공 두개골은 기존 합금 대비 95%에 이르는 고강도를 구현해 냈다.

*3D프린팅 개발기술 : high speed melting과 high speed cooling의 빠른 속도로 녹이고 굳히는 반복과정에서 극미량 포함되어 있는 타 원소들이 초미세 나노 석출물을 형성하여 기지 내 균일 분포하는 기술과 타이타늄 결정의 방향성을 제어하는 공정기술을 개발 및 적용

또한, 중앙대학교병원 신경외과와의 공동 연구를 통해 환자 두개골 내부에 발생하는 공간인 데드존(dead zone)까지 모두 채울 수 있는 디자인으로 제작하여 환자의 시술 후 적응력을 높인 것 또한 눈에 띈다.

‘순수 타이타늄 소재 3D 프린팅 두개골’은 의료진이 요구하는 강도를 만족시키는 최소 두께 제어기술을 적용하면서도 내부 공간은 비움으로써 부피 대비 질량을 감소시켜 무게감을 최소화할 수 있었다.

특히, 3D 프린팅 기술을 통해 환자의 정확한 환부를 측정한 뒤 환자 개인의 특성에 부합하는 매우 정밀한 모양을 구현해 낼 수 있도록 했다. 3D 프린팅 기술을 이용한 인체 삽입 의료기기 개발은 개인 체형에 따라 달라질 수 있는 고관절, 무릎관절 등을 환자 개개인에게 맞춤형으로 제작 및 시술할 수 있다는 점에서 의의가 크다.

이영수 생기원장은 “이번 3D 프린팅 기술을 이용한 두개골 개발은 치료용 인공 삽입물에 대한 신뢰도를 높이는 계기가 될 것”이라며 “3D 프린팅 기술과 의학의 접목을 통해 의료분야의 신사업 개척 전망도 밝다”고 말했다.