"멀쩡한 관절은 그대로"…뼈암 절제 최소화 '3D 프린팅' 기술 개발

3D 프린팅 Ti-6Al-4V 임플란트(인공 뼈)를 이용한 골종양 치료 진행과정. /자료=울산과학기술원

국내 연구진이 3D 프린팅 기술로 절제 부위를 최소화하는 뼈암 재건 기술을 개발했다. 뼈 속 암 부위가 정상적인 관절 부위와 가까울 경우 관절까지 대체해야 했던 문제를 해결할 기술로 주목받고 있다.


UNIST(울산과학기술원)는 27일 기계공학과 정임두 교수팀, 국립암센터 박종웅 교수 연구팀, 경상대학교 성효경 교수 연구팀과 3D 프린팅으로 제작한 금속 인공 뼈(임플란트)를 활용해 뼈암(골종양)절제 부위를 최소화할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

뼈암은 주로 팔, 다리뼈에 생기는데 정형외과적 수술로 종양 부위를 제거하는 치료법이 많이 쓰인다. 암세포를 완전히 제거하기 위해서는 뼈를 충분히 절제하고, 복잡한 수술을 거쳐 표준화된 금속 임플란트를 심어야 한다. 멀쩡한 관절이어도 암발생 부위와 가까울 경우 함께 절제하고 표준화된 인공관절로 교체해야하는 문제가 있었다.

연구팀은 맞춤형 3D 프린팅 임플란트 설계와 제조 기술로 이러한 문제를 해결했다. 환자의 다리 뼈 중 암이 침범된 부분만 최소한으로 절제하고, 무릎 관절은 그대로 보존해 보행 기능을 최대한 회복하도록 하는 3D 프린팅 인공 뼈를 만들었다.

인공 뼈 재료로는 생체 적합성이 뛰어난 티타늄 합금(Ti-6Al-4V)을 사용했으며, 금속 3D 프린팅 방식 중 하나인 전자빔 융용 기법(EBM, Electron Beam Melting)으로 맞춤형 인공 뼈를 찍어냈다. 전자빔 융용법은 합금 분말을 전자빔으로 녹여 인공 뼈 모양을 잡는 방식이다.


이번에 개발된 3D 프린팅 인공 뼈는 환자 맞춤형·일체형으로 제작돼 수술 시간과 회복 시간을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 기존에는 표준화된 인공 뼈와 환자 근육을 결합하기 위해 특수한 천을 두르는 별도의 수술이 필요했다.

연구팀은 환자 보행 시의 하중, 인공 뼈 구조, 재료 미세 구조 등을 체계적으로 분석해 안정적으로 오래 쓸 수 있는 3D 프린팅 인공 뼈 구조 등도 발견했다.

박종웅 국립암센터 근골격종양클리닉 교수는 "가장 역학적으로 악조건에 노출되는 하지의 장골(long bone)에 대한 심도 있는 분석이 이루어져, 향후 어떤 부위의 임플란트라도 기계적 안정성을 확보할 수 있는 기반을 마련했다"고 설명했다.

정임두 UNIST 교수는 "단순히 3D 프린팅 프로토타입을 제조하는 수준을 벗어나, 고부가가치를 창출할 수 있는 의료 산업 분야에 3D 프린팅 기술을 적용한 좋은 실증 연구"라며 연구의 의미를 설명했다.

이번 연구성과는 의료 제조 분야 국제 학술지인 '바이오-디자인 앤드 매뉴팩처링'(Bio-Design and Manufacturing)에 지난 6일자로 게재됐다.