실험동물 대신 3D 프린팅 모델로 중재시술 교육, 동물대체시험법 국제 우수 사례로

AI 기사요약

충북대 연구진이 개발한 3D 프린팅 심장질환 모델이 실험동물 복지 증진을 위한 우수 연구사례로 선정되었습니다. 이 모델은 다양한 심장질환을 재현하여 중재시술 실습에 활용되고 있으며, 동물실험을 대체할 수 있는 방안으로 기대를 모으고 있습니다.

일부 결과가 정확하지 않을 수 있습니다

충북대 수의대 수의영상의학교실이 개 심장질환 중재시술(인터벤션) 교육을 위해 개발한 3D 프린팅 실습 모델이 국제학술지로부터 실험동물 복지 증진을 위한 우수 연구사례로 선정됐다.

동물대체시험법 분야의 국제학술지 Alternatives to Laboratory Animals(ATLA)는 충북대 장동우·이남순 교수팀이 지난해 발표한 논문 ‘Development of a 3D-printed canine cardiac disease model for interventional procedure training’을 2026년도 마이클 볼스 어워드(2026 Michael Balls Award) 수상작으로 선정했다(공동제1저자 김송이·민건영).

중재시술 각광 불구 교육 기회 제한적

3D 프린팅 모델 개발해 중재시술 실습에 활용

PDA, PS, ASD 등 다양한 심장질환, 심폐 순환 재현

마이클 볼스 어워드는 37년간 ATLA의 편집장으로 활동하며 유럽동물대체시험법검증센터(ECVAM) 초대 센터장을 역임하는 등 동물실험의 대안을 제시해온 영국 노팅엄대학교 마이클 볼스 명예교수를 기리는 상이다.

매년 ATLA에 게재된 논문 중 실험동물 복지를 위한 3R(Reduction·Refinement·Replacement)에 가장 중요한 기여를 할 것으로 기대되는 논문 1편을 선정해 시상한다.

2025년 게재된 논문들 중 마이클 볼스 어워드 수상작으로 선정된 이번 논문은 개의 심장 중재시술 교육을 위해 개발된 3D 프린팅 실습 모델을 다뤘다.

최소침습적 중재시술은 수의학 분야에서도 점차 저변을 확대하고 있다. 심장질환에서는 동맥관개존증(PDA), 허파동맥판막협착증(PS), 심방사이막결손(ASD)의 치료나 승모판폐쇄부전(MMVD) 환자에서의 좌심방감압술(LAD) 등에 활용된다. 기존의 외과적 시술에 비해 성공률이 높고 합병증 발생 위험은 낮다.

하지만 고가의 인프라 투자 필요성과 함께 중재시술에 능숙해지기 위한 실습교육 기회가 부족하다는 점이 발목을 잡고 있다.

연구진은 이에 착안해 3D 프린팅을 활용, 중재시술을 실습할 수 있는 개의 심장 모델을 개발했다.

보호자 동의 하에 2a형 PDA 진단을 받은 1세령 암컷 믹스견의 CT 데이터를 기반으로 3D 프린팅을 시도했다. 내구성과 카테터 조작 시의 마찰력 재현을 고려해 단단한 유형의 광경화성 수지(photopolymer resin)를 활용했다.

모델은 심장의 4개 방·실 구조는 물론 앞대정맥·뒤대정맥·내림대동맥·상완머리동맥의 주요 혈관 구조를 재현했다. PDA 병변 외에도 심방사이막결손, 심실사이막결손 병변을 추가로 생성하여 보다 다양한 중재시술을 실습할 수 있도록 했다.

제작된 모델에는 실리콘 호스와 펌프를 연결해 전신순환과 폐순환을 시뮬레이션했다. 심폐 혈류의 생리적 방향 속에서 중재시술을 실습할 수 있는 환경을 조성하기 위해서다.

실제 교육에 적용해보니..소요시간↓ 자신감↑

동물복지적·지속가능한 교육 도구

개발된 심장 모델은 중재시술 교육에 실제로 활용했다. 수의방사선학 분야에 1~2년 경력을 가진 수의사가 교육 연구에 참여했다. 방사선 촬영이나 심초음파 경험은 있었지만, 임상 현장에서 중재시술을 관찰하거나 수행한 경험은 없는 수의사들로 구성됐다.

참여자들은 PDA 폐쇄술, PS 풍선성형술, ASF 폐쇄술, 심방중격천자술까지 4종의 중재시술을 실습했다. 3회에 걸쳐 시도하면서 시술 정확도와 소요 시간을 측정했다. 리커트 척도의 설문조사를 통해 중재시술에 대한 자기 평가도 진행했다.

그 결과 중재시술의 모든 절차에서 소요 시간이 크게 감소하는 경향을 보였다. 자기평가에서도 중재시술에 대한 이해도나 각 중재시술을 수행할 수 있다는 자신감 점수가 2배~6배에 이르는 비약적 상승을 나타냈다.

연구진은 “3D 프린팅 모델은 중재시술의 효율성과 소요시간을 단축시키면서 상당한 교육적 가치를 보여주었다”면서 “통제된 조건 하에서 반복적으로 중재시술을 시도하면서 실수를 교정할 수 있는 기회를 제공했다”고 설명했다.

살아있는 실험동물이나 카데바를 활용한 중재시술 교육도 국내외에서 가끔 진행되지만, 연구진이 개발한 3D 프린팅 모델을 활용하면 그에 앞서 수의사들의 학습곡선을 앞당기는데 도움을 줄 수 있다.

실제로 한국수의영상의학회 수의인터벤션영상의학분과(IR분과)는 수의사 대상 중재시술 실습교육을 벌이며 이론강연, 3D 프린팅 모델 Dry-lab, 실험동물 돼지를 이용한 Wet-lab을 단계적으로 진행한다.

실험동물 사용을 대체하는 만큼 동물복지적, 윤리적 측면의 강점이 있는 것은 물론이다.

연구진은 “2026 마이클 볼스 어워드 수상자로 선정돼 깊은 영광으로 생각한다”며 “충북대 수의대 수의영상의학실은 수의학 분야 내에서 실험동물을 대체할 수 있는 방법을 적극적으로 개발해 적용하고 있다”고 밝혔다.

연구진은 “복잡한 중재시술에서 교육 접근성을 높이기 위해 CT 데이터를 활용한 환자 맞춤형 3D 프린팅 모델을 개발했다. 시뮬레이션 기반 교육의 효율성도 입증했다”면서 “무엇보다 살아있는 동물을 필요로 하지 않는 윤리적이며 지속가능한 교육 옵션”이라고 강조했다.

이어 “혁신적인 동물대체시험법 개발을 통해 일선 수의사들이 이론과 실무 사이의 간극을 메울 수 있도록 돕겠다”고 포부를 전했다.

이번 연구는 농림식품기술기획평가원(IPET) 동물의료·ICT 융합인재양성 및 디지털 헬스케어 선도기술 개발사업의 지원으로 진행됐다.