최근에 폐막된 CES(Consumer Electronics Show)에서 프랑스 기술 회사 Dassault Systemes가 선보인 이 기술 플랫폼의 이름은 Living Heart이다. 이미지 출처: Dassault Systemes

심장과 뇌와 같은 인간 장기의 사실적인 3D 시뮬레이션을 사용하여 의료 서비스를 혁신할 수 있을까? 뭄바이에 본사를 둔 심혈관 임플란트 제조업체인 Sahajanand Medical Technologies의 CEO인 Ganesh Sabat는 그렇게 할 수 있다고 믿는다.

가상 시뮬레이션 기술의 초기 사용자인 Bapat에 따르면 의료용 임플란트 제조 분야에서 이 기술의 가장 큰 장점은 임플란트 시술 시간을 단축할 수 있다는 것이다. “이러한 제품에 대한 물리적 설계 테스트는 3~4년이 걸릴 수 있다. 그러나 가상 시뮬레이션 모델은 임플란트의 올바른 디자인을 찾고 강도와 내구성을 테스트하는 시간을 단 3~4개월로 줄여준다."라고 그는 설명했다.

프랑스 기술 회사인 Dassault Systemes가 최근 폐막한 CES(Consumer Electronics Show)에서 선보인 이 기술 플랫폼의 이름은 'Living Heart'이다. Dassault의 글로벌 3DExperience 연구소의 혁신 책임자인 Frederic Vacher는 이 플랫폼의 가장 큰 장점은 기존 의료 영상 입력을 통해 생성된 장기의 3D 모델을 정확하게 표현하는 데 있다고 말했다.

Vacher는 "클론은 심혈관 근육의 모든 물리학을 복제하여 심장 혈관의 혈류 및 전기 충격 시뮬레이션을 포함하여 심장의 가상 쌍둥이가 실제 심장처럼 행동할 수 있도록 한다."라고 설명했다.

Sahajanand와 같은 임플란트 제조업체에 중요한 것은 이 혈류 시뮬레이션이다. “기술의 기초는 유한요소해석(FEA)이다. 다리를 만들려는 경우 많은 구성 요소가 있다. 이를 위해 우리가 알아야 할 것은 견딜 수 있는 강도, 견딜 수 있는 기간 등과 같은 요소이다. 이것이 우리가 응력, 압력점 및 응력 분포 특성을 측정하기 위해 시뮬레이션 모델이 필요한 이유입니다"라고 Sabat는 말했다.

심장은 인체에서 가장 중요한 기관 중 하나이다. 거의 900갤런의 혈액이 매일 동맥을 통과하므로 심장의 가상 3D 시뮬레이션이 매우 복잡한 작업이다. Dassault Systemes는 '3DExperience' 플랫폼의 일부로 이른바 '가상 트윈'을 제공한다. 이름에서 알 수 있듯이 이 기술의 배경은 실제 물체의 매우 정확한 버전을 재현하는 것이다.

Dassault Systemes 웹사이트에 따르면 살아있는 심장 모델과 가상 환자의 사용은 "...산업 혁신을 증가시키고 세계 최고의 사망 원인에 대한 안전하고 효과적인 새로운 치료법에 대한 더 빠른 승인과 환자의 더 빠른 접근을 위한 길을 열 것으로 기대된다. - 심장 질환".

이러한 3D 시뮬레이션이 심장 임플란트의 내구성을 개선하는 데 사용되는 동안 기업에서는 인간의 뇌를 더 잘 이해하고 약물 연구에도 사용하기 시작했다. 예를 들어, 생명 과학 부문에서 Dassault 기술은 제약 분야에서 인도와 전 세계의 수많은 연구 이니셔티브와 상업 벤처에 힘을 실어준다. “환자 경험은 약물 개발의 새로운 영역이다. 전 세계 생물의약품 시장은 3,750억 달러 규모이며 제약 R&D의 40%가 생물의약품에 전념하고 있다. 인도는 현재 이 기술의 도입 초기 단계에 있다."라고 Dassault India의 전무이사인 Deepak NG가 말했다.

또한 심혈관 임플란트가 이미 주류가 되었지만 가상 쌍둥이 기술이 기여하는 또 다른 영역은 의료 건강 연구이다. 2018년에 국립 정신 건강 및 신경 과학 연구소(Nimhans)는 비침습적 경두개 신경 자극 치료를 위해 Dassault 및 클라우드 컴퓨팅 시뮬레이션 플랫폼 UberCloud와 협력했다. 후자는 가상 쌍둥이를 사용하여 정신 분열증의 잠재적 치료에 대한 결과를 시뮬레이션했다.

인도 스타트업인 BrainSightAI는 또한 Dassault의 가상 쌍둥이 시뮬레이션 플랫폼을 매개체로 사용하여 수많은 정신 건강 질환에 대한 잠재적인 임상 시험을 위해 노력하고 있다. BrainSightAI의 CEO인 Laina Emmanuel은 가상 트윈 기술이 기존의 고급 의료 영상을 신경 연구 프로젝트에 적용한다고 말했다.

“뇌에 전극을 배치하는 것은 신경 조절 요법에서 매우 중요하다. 뇌의 잘못된 영역은 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 자극될 수 없다. 이제 각 뇌가 다르기 때문에 우리에게 필요한 것은 전류를 특정 영역에 적용하고 그것이 뇌의 층을 통해 어떻게 흐를 것인지, 다른 뇌 네트워크에 어떤 영향을 미칠 것인지, 표적 영역을 어떻게 자극하는지 이해하는 것이다. 뇌의 영향, 그리고 마지막으로 이것이 환자에게 어떤 영향을 미칠지"라고 그녀는 덧붙였다.

Emmanuel에 따르면 오늘날 신경 자극은 개인에게 직접 수행되지만 가상 트윈 플랫폼은 뇌 자극의 시간과 위험을 모두 줄여준다. 그녀는 더 나아가 BrainSight가 Dassault와 함께 신경 치료를 개발하기 위한 "실내 임상 시험"을 진행하고 있다고 말했다.

In-silico 시험은 인간에게 적용되기 전에 약물 및 치료법을 테스트하기 위해 고급 계산 플랫폼을 사용하는 것을 말한다.

Vacher에 따르면 가상 트윈 플랫폼은 나노 입자 규모로 적용되고 있다. 후자는 제약 연구에 적용하기 위해 분자 설계를 가상화 하려고 한다. 이미 본 구현 중 하나는 코로나19 백신의 개발에서 볼 수 있다. 여기에서 분자 가상화는 제약 전공인 Pfizer-BioNTech 및 Moderna가 연구 및 테스트 단계에서 사용했다.