환자 안전 지키고 더 나은 치료법 설계 돕는 ‘버추얼 트윈’

[IT동아 김동진 기자] 질병의 증상을 완화하기 위해 약물을 투여하거나, 더 나은 치료제 개발을 위한 임상 실험 과정에서 부작용이 환자를 위협한다. 수술이 동반되는 외과 처치 또한 의료 사고의 가능성을 동반한다. 이 같은 위험 속에서 환자를 지키고 더 나은 치료법을 설계하는 데 도움을 주는 첨단 기술로 버추얼 트윈(Virtual Twin)이 주목받는다.

가상 공간에 인체 쌍둥이 구현해 맞춤형 치료 이끄는 '버추얼 트윈'

버추얼 트윈은 가상 공간에 현실 속 사물의 쌍둥이를 만들어 시뮬레이션을 진행, 결과를 미리 예측해 위험을 피하는 방식으로 쓰이는 기술이다. 의료계에서는 사람의 장기를 가상 공간에 복제해 시뮬레이션을 바탕으로 더 나은 의료 행위를 도출하는 방식으로 활용한다. MRI나 CT 스캔과 같은 의료정보에서 확인 가능한 심장 박동과 뇌 기능 및 각종 건강 관련 데이터를 접목해 가상의 장기에 대한 정확도를 높인다.

의료계는 버추얼 트윈에 복제한 장기에 각 환자의 특성을 반영해 시뮬레이션하며 환자를 위한 보다 나은 치료법을 고민하고 있다. 실제 사람에게 처치하지 못했던 자유롭고 혁신적인 실험을 가상공간에서 자유롭게 수행하는 것이다. 버추얼 트윈은 장기를 가상 공간에 구현하는 데서 그치지 않고 처치로 인해 특정 환자에 나타날 변화를 예측하는 데도 활용될 수 있다. 맞춤형 치료법을 도출할 핵심 기술로 쓰일 수 있다는 기대감이 나오는 이유다.

‘리빙하트 프로젝트 (Living Heart Project)’는 더 나은 의료행위를 위해 버추얼 트윈을 활용하는 대표적인 사례다. 버추얼 트윈 기반 3D익스피리언스 플랫폼(3DEXPERIENCE Platform)을 개발, 공급하는 프랑스 소프트웨어 기업 다쏘시스템이 해당 프로젝트를 이끌고 있다.

사람의 심장을 가상 공간에 구현하면, 간단한 소프트웨어 편집으로 형상이나 조직 특성을 수정할 수 있다. 덕분에 심장 질환이나 선천성 결함을 연구하는 데 가상의 심장을 자유롭게 활용할 수 있다. 이뿐만 아니라 의료장치를 시뮬레이터에 삽입했을 때 심장 기능에 미치는 영향이나 효과를 검증하고 신뢰성을 예측하는 방식으로도 해당 기술은 활용된다. 예컨대 관상동맥 스텐트(Coronary Stents)가 최적의 효과를 내기 위한 적절한 크기와 유형 및 배치 지점 등을 예측하는 방식이다.

다쏘시스템은 지난 1월, CES 2023에서 리빙하트 프로젝트의 새로운 모델을 선보이기도 했다. 이번 모델에서는 심장 구조는 물론이고 건강한 사람이나 질환 환자의 생리적 기능까지 복제할 수 있을 정도로 개선됐다. 사람마다 서로 다른 형태의 심장을 갖는다는 점을 고려하면 심장을 더욱 실제와 가깝게 모델링할 수 있게 된 것이다.

미국 식품의약청(FDA)은 심혈관 및 의료 기기의 효율적인 규제 승인을 지원하는 새로운 디지털 툴을 개발하는 데 다쏘시스템의 3D익스피리언스 플랫폼을 활용하고 있다. 연구원들은 최초로 시행될 이 프로세스가 생명과학 산업에 혁신을 일으키고 전 세계 주요 사망원인 중 하나인 심장병의 안전하고 효과적인 새 치료법 개발에 기여할 것으로 기대하고 있다.

심장 이어 가상의 뇌 구현…아바타 통해 버추얼 트윈의 활용 가능성 어필

리빙하트 프로젝트의 아이디어를 활용해 각 장기를 가상 공간에 구현하려는 다양한 시도가 펼쳐지고 있다. 버추얼 브레인(The Virtual Brain)은 그 대표적인 예다. 버추얼 브레인은 뇌 구조 정보를 3차원으로 모델링해 복잡한 뇌 네트워크 활동을 가상 공간에 구현한 결과물이다.

가상 공간의 뇌는 리빙 하트 모델과 마찬가지로 시뮬레이션을 통해 임상 결과와 관련된 중요 변수들을 도출하며 의료계에 기여하고 있다. 예컨대 뇌전증과 같은 신경계 질환 치료와 예후 예측에 대한 한계를 극복하는 데 도출된 변수들을 적용하는 방식이다.

다쏘시스템은 최근 발표한 아바타 ‘엠마 트윈(Emma Twin)’을 통해 이처럼 버추얼 트윈이 미래 의학 기술을 혁신하는 데 어떻게 기여할 수 있을지 널리 알리고자 한다.

여러 SNS 채널을 통해 아바타인 엠바 트윈이 가상 공간에서 질병과 관련된 수많은 검사를 수행하며 질병과 치료 효과에 대해 의학분야 종사자와 연구자의 이해를 돕게 된다.

구체적으로 엠마 트윈의 콘텐츠는 ▲메디데이터 솔루션 활용 임상 시험 ▲리빙하트(Living Heart) 프로젝트 내 다양한 시술에 따른 심장 반응 ▲코닛비전(CorNeat Vision) 각막 이식술 ▲리빙브레인(Living Brain) 프로젝트 간질과 알츠하이머병 연구 ▲IASO 약물 투여와 모니터링 장치 착용기 ▲노년층 위한 집 환경 최적화 등 진행 중인 연구·의료 혁신 등으로, 버추얼 트윈이 의료계에 어떻게 기여할 수 있을지 각 콘텐츠를 통해 설명하게 된다.

빅투아 드 마제리(Victoire de Margerie) 다쏘시스템 기업 마케팅 및 커뮤니케이션 부사장는 "엠마 트윈을 통해 버추얼 트윈이 의료 분야에 미치는 영향을 흥미롭고 의미 있게 풀어낼 것이다”라며 "다쏘시스템의 버추얼 트윈은 코로나19 백신의 신속한 개발과 수술 과정 최적화, 치료 선택지에 대한 환자의 이해도를 높여 왔으며, 앞으로도 선도적인 기술을 활용해 주요 의료 과제 수행에 기여하며 가상 세계가 현실 세계를 어떻게 개선하는지 보여줄 것"이라고 말했다.

글 / IT동아 김동진 (kdj@itdonga.com)