[NEXT Seoul 2023] Virtual Twin in Life Science

* 해당 블로그 포스트는 NEXT Seoul 2023의 세션을 발췌하여 재구성한 내용입니다

Claire Biot, Ph.D.,Vice President, Life Sciences & Healthcare Industry, Dassault Systèmes

자동차 업계에 수행하는 충돌 테스트의 99%는 버추얼 트윈을 활용해 진행됩니다. 이를 통해 거의 모든 테스트를 수행한 다음, 가장 마지막 단계에 이르러서야 실제 자동차 몇 대로 설계를 검증합니다. 버추얼 트윈을 활용하면 훨씬 더 많은 설정값에 대해 테스트할 수 있습니다. 또한, 비용을 아끼고 개발에 속도도 올릴 수 있습니다. 이와 같은 것을 헬스케어에도 적용해 볼 수 있습니다. 물론 인체가 자동차보다 훨씬 더 복잡하기 때문에 복잡성은 높아집니다.

다쏘시스템이 가고자 하는 길

버추얼 세계는 실제 세계를 확장시키고 개선시킨다! 이것이 다쏘시스템의 신념입니다. 제품의 버추얼 트윈을 만들면 제품 최적화 과정을 충분히 거친 후 생산할 수 있습니다. 버추얼 트윈을 하면 더 많은 것을 상상할 수 있습니다. 생각할 수 있는 모든 시나리오를 대입해보고, 모든 질문을 던져볼 수 있습니다.

오늘날 세계 인구의 50%만이 의료 서비스에 접근하고 있습니다. 헬스케어 지출이 2배 빠르게 증가했지만 선진국의 건강수명은 크게 늘지 않았습니다. 환자가 건강하다는 것은 무슨 의미일까요? 미래 환자 입장에서 생각해보죠. 먼저, 미래 건강은 개인화된 식품과 예방으로부터 시작됩니다. 개인화된 식품을 통해 건강을 유지하는 것입니다. 그리고 여러 센서를 통해 연속적으로 모니터링함으로써 치료가 아닌 예방을 할 것입니다.

환자의 자율성도 증대됩니다. 의사는 기술의 도움을 받아 건강 자문을 합니다. 물론 건강을 위한 꾸준한 여정이 중요합니다. 로봇 수술, 재생의학 등 차세대 정밀치료도 더욱 강조됩니다. 미래에는 환자에게 새로운 의술이나 치료제 등을 직접적으로 첫 번째로 시도하지 않는 것입니다. 환자 버추얼 트윈을 활용해 먼저 시도합니다. 인구의 50%만이 의료 서비스에 접근하는 현실도 바뀔 것입니다.

치료 혁신을 위한 버추얼 트윈

생명과학 기업은 어떻게 지속가능한 혁신을 도모할 수 있을까요? 이를 지원하기 위해 다쏘시스템에서는 4가지 유형의 버추얼 트윈을 제공합니다.

. 환자를 위한 버추얼 트윈

합성대조군을 예로 들 수 있습니다. 메디데이터는 이미 이 분야를 선도하고 있습니다. 메디데이터에서는 합성대조군에 대해 13개 규제 당국과 협의하고 있으며, 6개의 규제 당국으로부터 우호적인 결과가 얻었습니다. 그리고 현재, 65개 이상의 합성대조군 프로젝트가 진행 중입니다. 하루 평균 1건 이상의 요청이 들어오고 있습니다.

. 제품을 위한 버추얼 트윈

경구용 항우울제 제품 개발을 예로 들 수 있습니다. 해당 연구에서는 경구용 항우울제가 뇌의 도파민 시스템을 겨냥해야 하지만 심장에 미치는 악영향을 피하고 용해도 패턴을 살펴보고 간 독성을 피하고 싶었습니다.

소프트웨어는 이를 위해 수백만 개의 분자 라이브러리를 생성하고, 이 중 더 효과적일 것으로 예상되는 것을 예측합니다. 좋은 점수를 받은 분자는 더 최적화하고, 그렇지 않은 분자는 버립니다. 화학자는 분자가 표적에 얼마나 잘 결합하는지 시각화하기 위해 추가 분자 모델링을 수행합니다. 이를 통해 안전하고 효과적일 것으로 예측되는 분자 집합을 얻을 수 있습니다.

이후, 실험실에서 실제 환경에서 테스트할 수 있도록 이러한 분자들을 디지털 방식으로 전달하여 만들고 테스트하며 효능, 안전성, 생체 이용률에 대한 모든 데이터를 수집합니다. 이 데이터를 통해 어떤 분자를 발전시킬지 결정할 수 있으며, 모델과 예측을 더욱 개선할 수 있습니다.

. 프로세스를 위한 버추얼 트윈

프로세스 버추얼 트윈의 핵심은 우리가 가지고 있는 지식을 모아 더 신뢰할 수 있는 제품을 만드는 프로세스를 만드는 것입니다. 버추얼 트윈이 항상 3D일 필요는 없습니다.

. 공장을 위한 버추얼 트윈

프랑스 대형 제약회사인 사노피는 2개의 새로운 공장을 만들고 싶어했습니다. 대부분의 경우, 공장에서는 한 번에 하나의 의약품만 제조할 수 있는데, A라는 제품에서 B제품으로 빠르게 바꿀 수 있는 시설을 원했습니다. 다쏘시스템에서는 최적화된 방법으로 모듈을 조립하고 해체할 수 있도록 여러 프로세스 라이브러리를 구축하고, 레시피, 장비 등의 라이브러리를 만들어 레고처럼 조립할 수 있게 했습니다. 버추얼 트윈을 활용함으로써 수개월 걸릴 작업을 며칠 만에 할 수 있게 되었습니다.

헬스케어의 버추얼 트윈 경험

헬스케어 분야를 위해 다쏘시스템은 3가지 종류의 버추얼 트윈 경험을 제공합니다. 환자 버추얼 트윈, 병원 버추얼 트윈, 헬스케어 시스템 버추얼 트윈이 그것입니다. 환자 버추얼 트윈은 질병을 이해하고, 옵션을 테스트하고, 결과를 예측하기 위함입니다. 병원 버추얼 트윈은 케어를 위한 맥락을 잘 이해하기 위한 것이고, 헬스케어 시스템 버추얼 트윈은 인센티브 등을 이해하기 위해서입니다. 이를 바탕으로 더 나은 의사결정을 할 수 있습니다.

. 환자 버추얼 트윈

2014년, 다쏘시스템은 ‘살아있는 심장’ 프로젝트를 진행했습니다. 학계, 의료기술회사, 심장 전문가, 규제 당국 등 100여 관계자들이 함께하며 심장 버추얼 트윈을 만들었습니다. 혈관이나 폐 등 주변 환경의 다양한 요소와 상호작용하는 등 실제 심장과 거의 동일한 환경을 제공합니다. 이 심장 모델은 의료기술 회사에서 새로운 의료기기를 개발할 때 널리 활용하고 있습니다.

이 기술은 한 단계 더 나아가 영상 촬영을 통해 승모 판막에 문제가 있는 환자의 아픈 심장을 재현하고, 시뮬레이션을 통해 어떤 기기를 이용해 어떻게 치료할지를 판단하는 데 도움을 주는 차원으로 발전했습니다.

합성 환자군도 버추얼 트윈으로 만들 수 있습니다. FDA와 협력하여 승모판막에 문제가 있는 환자 모집단을 만들어 새로운 의료기기에 대한 가상 임상시험을 진행했습니다. 아주 긍정적인 결과를 얻었으며, 그 결과는 올 하반기 FDA와 함께 플레이북 형태로 발간할 예정입니다.

. 병원 버추얼 트윈

다쏘시스템의 3D 익스피리언스 랩은 하트만 인스티튜트 병원, 의료기기 회사와 함께 방사선 치료 VR 경험을 개발했습니다. 환자가 VR 헤드셋을 끼고 사전에 방사선 치료를 경험하게 함으로써 불안을 줄여줄 수 있습니다. 공기 확산 오염 방지를 위한 중환자실 공조시스템의 버추얼 트윈 프로젝트도 진행했습니다. 여러 시뮬레이션을 통해 중환자실의 공조시스템 등을 고려하여 바이러스가 어떻게 퍼지는지, 정화 시간은 얼마나 되는지를 시뮬레이션하고 예측했습니다.

다쏘시스템과 메디데이터는 앞으로도 버추얼 트윈을 헬스케어에 적용하여 정밀의학 시대의 지속가능한 혁신을 계속해서 이뤄갈 예정입니다.