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글 _ 김용대 수석연구원 (한국생산기술연구원)

바이오헬스산업과 뿌리기술

미래 바이오헬스 시장에 대응할 뿌리산업 기반 구축 필요

바이오헬스산업은 제품의 설계 및 개발, 제조에 이르기까지 공급자 중심이었던 시장구조가 최근에는 4차 산업혁명과 더불어 예방·치료하는 수요자 중심의 맞춤형 방식으로 변화되고 있습니다. 의료산업이 데이터 기반, 개인별 맞춤 제품·서비스, 수요자 중심의 의료서비스로 진화하면서 새로운 바이오헬스 제품 생산을 위한 뿌리산업 기반구축 역시 중요해 졌습니다. 본고에서는 나노금형, 고반응성 다기능성 열·표면처리, 플레서블 미세 용접접합 등 바이오헬스산업 발전에 영향을 주고 있는 뿌리기술과 뿌리산업에 대해 알아보고자 합니다.

바이오헬스산업이란?

바이오헬스산업은 생체 또는 생물학적 시스템을 활용하는 바이오 기술을 기반으로 질병예방, 진단, 치료, 건강증진에 필요한 유용물질과 서비스를 생산하는 산업입니다. 주요산업 분야는 유전정보 빅데이터 분석, 바이오 칩 등 질병을 예방하는 분야와 유전자·줄기세포 치료, 바이오 신약, 바이오 장기 등 진단·치료를 담당하는 분야, 그리고 노령질환 모니터링 시스템, 바이오 화장품 등 건강증진 분야 등으로 구분할 수 있습니다. 기술영역별로는 유전체 기술을 핵심으로 하는 맞춤의료 영역과 줄기세포 기술 중심의 재생의료 영역, 유전자 재조합기술 중심의 바이오의약 영역으로 구분할 수 있습니다.


2014년 기준 세계 바이오헬스산업의 시장규모는 1조 4,000억 달러에서 2024년 2조 6,000억 달러로 85.7% 성장할 것으로 전망되고 있습니다. 이는 현재 우리의 주력산업인 반도체, 화학제품, 자동차산업을 합친 것과 맞먹는 규모입니다. 하지만 한국의 바이오헬스산업 전체 생산규모는 약 30조원으로 세계시장의 약 1.7%에 불과합니다.


분야별로 살펴보면 생명공학 기술 기반으로 하는 바이오산업이 5.62조원으로 1.7%(340.3조원), 제약산업 19.3조원, 1.78%(1,082조원), 의료기기산업 5.02조원, 1.41%(355조원) 경쟁력 순위는 25위 수준입니다. 세계 5위 수준의 한국 제조업 경쟁력과 주력산업의 세계시장 점유율(자동차 9.8%, 조선·해양 30.8%, 스마트폰 30.1%) 등과 비교해 보면 우리 바이오헬스산업의 경쟁력이 얼마나 뒤떨어져 있는지 알게 됩니다.

바이오헬스산업의 중요성 및 전망

우리나라의 국민의료비 지출은 최근 10년간 연평균 9.5%로 OECD 평균(5.4%)의 2배 가까운 속도로 빠르게 증가하고 있으며, 이러한 증가세는 인구고령화로 인하여 더욱 가속화 될 것으로 전망됩니다. 무병장수는 인간의 오랜 염원 가운데 하나입니다. 경제협력개발기구(OECD)는 2030년에는 바이오산업이 경제 성장을 이끄는 핵심 동력으로 자리 잡는 ‘바이오경제 시대’가올 것으로 예측하고 있을 만큼 바이오헬스산업은 빠르게 성장하고 있습니다. 해외 주요국들도 바이오헬스 분야 육성정책을 추진하고 있습니다.


바이오산업에서 가장 앞서 나가고 있는 미국은 National Bio-Economy Blueprint를 기반으로 암 정복과 의료비 절감에 역량을 집중하고 있으며, 유럽은 Horizon 2020을 통해 바이오산업을 위한 공정기술개발에 주력하고 있습니다. 특히 독일은 의료기술 혁신전략을 발표하고 환자에 수요에 맞는 의료장비 개발 등 의료산업 선진화를 추진하고 있습니다. 일본은 의료분야 컨트롤 타워인 AMED(일본의료연구개발기구)를 설립하고 의약품, 의료기기, 혁신적 의료기술, 재생의료, 게놈 의료실현화, 암연구, 뇌과학, 신종·재발 감염병, 난치성질환 등 9개 프로젝트를 추진하고 있습니다. 뿐만 아니라 중국, 말레이시아등 신흥개발국들도 바이오산업 중점 육성 계획을 수립하여 주요 정책으로 추진하고 있습니다.


특히 바이오기술의 발전에 따른 의료분야의 변화가 두드러질 것으로 예상되고 있습니다. 의료분야는 산업 규모가 매우 큰 것에 비해 산업적 비효율성이 매우 높은 분야입니다. 과거 의료분야 치료 방식은 공급자 중심의 문제해결형 접근방식이었습니다. 다시 말해 증상이 나타나면 증상을 기반으로 의료 서비스 공급자인 의사의 경험과 노하우에 기반한 직관적 의료행위가 이루어졌고, 이후 바이오마커 등에 대한 연구가 이루어지면서 현재는 패턴을 기반으로 증거를 통한 의료가 이루어지고 있습니다. 바이오마커 기술의 개발을 통해 의료의 정확도와 효용성은 크게 개선되었으나, 공급자 중심의 의료시스템은 여전합니다.


현재 대부분의 질병의 정의와 그에 대한 치료법은 모든 환자에게 동일하게 적용되고 있습니다. 예를 들어 위에 생긴 암은 위암, 대장에 생긴 암은 대장암이라 명명하고 치료도 위치별 암종의 프로토콜에 따라 동일하게 진행됩니다. 그러나 같은 항암제에 대해서도 개인의 유전적 특성에 따라 치료에 대한 반응과 기전, 예후가 다르게 나타났습니다. 또한 치료제의 개발과정에서도 효용성, 안정성 입증을 위해 화학실험, 동물실험, 임상시험 등의 다수의 복잡한단계를 거치며 수년의 개발기간을 요하는 경우가 대부분입니다. 그럼에도 불구하고 치료제의 효용성과 지출되는 의료비의 낭비 문제, 충족되지 않는 의료적 수요 등의 이슈들은 산재해 있습니다.


하지만 이러한 의료 환경은 유전자 지도 등 유전체 분석기술과 ICBM(IoT,Cloud, Big data, Mobile) 기술의 융합을 통해 알고리즘화하여 치료 효율성을 크게 향상시키고 수요자 중심의 의료산업으로 발전해 가고 있습니다. 이를 가능하게 할 기술적 뒷받침은 매우 다양한 영역에서 종합적으로 이루어져야 합니다.

바이오헬스산업에서 뿌리기술의 역할

바이오헬스산업의 가치사슬 및 관련 산업 연관도 분석결과를 살펴보면 기존의 일반 의약품 및 원료의 가치는 하락하고 개인 유전자 정보의 취득을 위한 바이오센서 및 현장 진단기기 시장의 급격히 성장할 것으로 예상됩니다. 제품의 설계 및 개발 그리고 제조에 이르기까지 현재 공급자 중심의 시장 구조가 4차 산업혁명과 더불어 수요자 중심의 맞춤형 제품으로 빠르게 전환 될것으로 예상됩니다.


제약분야는 질병에 따른 치료제에서 개인별·증상별 맞춤형 치료 및 예방제로 발전되고, 의료기기는 점차 소형화, 정밀화 되어 인체내에서 스스로 작동하는 임플란트 형태가 보편화 될 것으로 전망됩니다. 현재 질병이 발생하면병원을 찾아가는 의료서비스는 모바일 기반으로 일상의 생체신호를 온라인으로 수집·관리하여 질병의 발생인자를 사전에 진단하고 예방·치료하는 방식으로 변화할 것으로 예상됩니다.


뿌리기술은 기존 의료 및 바이오 제품의 생산에서도 다양한 분야에 광범위하게 활용되어 왔습니다. 하지만 의료인 개인의 지식경험 기반의 폐쇄적인 의료산업환경에서 많은 분야에서 범용 뿌리기술이 활용되었고 주요한 핵심 인자가 아니었던 것도 사실입니다. 하지만, 의료산업의 환경이 데이터 기반, 개인별 맞춤 제품·서비스, 수요자 중심의 의료서비스를 위해서는 첨단 뿌리기술개발과 새로운 바이오헬스제품 생산에 대응하는 뿌리산업의 기반 구축이 필요합니다


바이오산업 중 가장 경제성이 높은 바이오 신약장기산업분야에서 고효율 약물전달을 위한 마이크로 니들 시스템, 바이오 신약 및 장기 생산을 위한 세포배양시스템은 높은 정밀도를 가진 멀티스케일 마이크로/나노 금형·성형기술이 필요합니다. 질병의 진단을 위한 고효율의 진단센서의 생산을 위해서는 고반응성 다기능성 열·표면처리기술이 핵심기술이며, 센서를 체내 삽입가능하도록 소형화, 유연화하기 위해서는 플레서블 미세 용접접합기술이 필수적입니다.


사람의 뼈와 관절을 대체하는 임플란트는 기공을 제어하고 정밀하게 형상과 물성을 제어하여 개인에게 맞는 제품을 제조하는 주조·소성가공기술로 만들어집니다. 바이오헬스 제품에 대응하기 위한 뿌리기술은 바이오산업에 적합한 새로운 소재에 대한 기술력을 높이고, 더욱 소형화·정밀화·다기능화를 요구하는 산업 수요를 반영한 기술개발이 필요하며, 개인맞춤형 제품 생산을 위해 기존 뿌리기술의 대량생산의 장점은 유지하면서 일정한 플랫폼내에서 맞춤형 제조가 가능한 mass customization manufacturing 기술로의 변화가 필요합니다.


한국 경제는 자동차, 조선, 반도체 등 12대 주력산업 중심으로 발전되어 왔으나, 최근 기존 주력산업들의 침체와 글로벌 경쟁의 심화로 주력산업의 매출 및 수출 증가율이 둔화되거나 감소세로 돌아서는 등 새로운 변화의 시기를 맞이하고 있습니다. 우리 경제의 안정적인 지속 성장을 위해서는 선진국의 투자가 집중되고 후발국의 추격이 어려운 기술집약적 신산업 분야인 바이오헬스 분야를 선점하는 것이 필요하며, 생산의 기반이 되는 관련 뿌리기술의 개발 및 기술력을 갖춘 뿌리기업의 육성이 필요합니다


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