1. 연구배경

 ○사물을 3차원으로 형상화하는 3D 프린터가 교육현장에 폭넓게 보급되고 3D 프린팅을 전담하던 3명의 교사에서 육종암이 보고되었으나,

   - 3D 프린팅과 암의 인과관계는 확인할 수 있는 자료가 부족하여, 육종암이 발생한 교사에 대한 공무상 재해가 인정되지 않고 있음

 ○ 따라서 3D 프린팅과 육종암의 관련성을 포함하여 향후 발생할 수 있는 3D 프린팅과 암과의 인과성 평가를 위한 기초자료가 필요함

   - 특히, 육종암이 발생한 교사가 주로 사용한 FDM(Fused Deposition Modeling, 용융적층모델링) 방식의 3D 프린팅 기술을 적용한 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)와
     PLA(Polylactic acid) 소재로부터 발생된 입자상 물질에 대한 발암 가능성의 확인 연구가 필요함

2. 주요연구내용

□ 연구결과

 ○ 3D 프린팅 장치를 이용하여 ABS와 PLA를 각각 260℃ 및 220℃에서 입자를 발생시킨 결과, 

   - ABS는 MMAD(Mass Median Aerodynamic Diameter, 공기역학적질량중위입경)가 0.156 ㎛, PLA는 0.173 ㎛로 미세/초미세 입자에 해당되었음

 ○ Balb/c 3T3-1-1 세포를 이용하여 유전자 손상, 발암가능성 및 발암 기전 연구를 수행한 결과, 

   - 유전자 손상을 확인하는 코멧시험에서 ABS와 PLA는 모두 음성이었음

    • 유전자 손상지표인 % tail intensity(% 꼬리 DNA 함량)가 음성대조군인 Mannitol에서는 3.05%, 양성대조군인 Ethyl methanesulfonate에서는 40.51%였고,
       ABS와 PLA는 모두 음성대조군보다 낮았음

   - 96 well plate에서 형질전환 초점수를 측정한 결과, 음성대조군에서는 0개, 양성대조군에서는 21개였음.
      ABS는 모든 처리 농도(2.5, 5, 10, 20 ㎍/㎖)에서 형질전환 초점이 관찰되지 않았으나, PLA는 5와 10 ㎍/㎖에서 각각 1개로 발암가능성이 낮았음

   - 다수의 유전자를 동시에 측정하는 마이크로어레이를 실시하여 유전자 발현량의 변화를 확인한 결과, ABS와 PLA 처리군에서 양성대조군 대비 유전자 수 변화가 적었음

     • 양성대조군에서는 22,206개의 유전자 중 5,041개의 유전자에서 음성대조군 대비 2배 이상 증가 또는 감소하였고,

        발암경로 유전자 147개로 한정하면 2배 이상 증가한 유전자수는 55개, 2배 이상 감소한 유전자수는 58개였음(발암촉진 1일차 기준, 8일차도 유사)

     • ABS는 2배 이상 증가한 유전자수가 양성대조군 대비 5 ㎍/㎖에서는 10.9%, 10 ㎍/㎖에서는 41.7%였음.

        PLA는 10 ㎍/㎖에서는 1.8%, 20 ㎍/㎖에서 18.6%였음(발암촉진 1일차 기준, 8일차도 유사)

   - 8종의 발암관련 유전자(HMGA1, HMGA2, MPP6, RBM3, ZWINT, RAN, WT1, Aurora-A)를 대상으로 mRNA 변화를 측정한 결과,
      ABS와 PLA 모두 유의한 유전자 변화는 나타나지 않았음

     • HMGA1와 HMGA2는 양성대조군에서는 음성대조군 대비 각각 4.68배, 5.32배 높았으나, ABS와 PLA는 모두 음성대조군과의 차이를 보이지 않았음

       (발암촉진 1일차 기준, 7일차, 25일차는 1일차와 유사)

     • RBM3는 양성대조군에서는 음성대조군과 차이가 없었으나, ABS 5 ㎍/㎖에서는 음성대조군 대비 3.66배 높았음.

        MPP6는 ABS 5 ㎍/㎖에서 음성대조군 대비 0.33배 낮았음. Aurora-A, WT1, RAN, ZWINT는 음성대조군과 비교하여 양성대조군, ABS, PLA 모두 차이가 없었음

    - Glucose 소모량을 측정한 결과 양성대조군은 음성대조군 대비 155.2%였고, ABS는 2.5, 5, 10 ㎍/㎖ 각각 142.2, 136.9, 142.2%였고,
       PLA는 5, 10, 20 ㎍/㎖에서 각각 142.5, 128.0, 131.0이었음

  ○ 이상의 결과, 본 연구조건에서 ABS와 PLA는 모두 유전자 손상 및 발암가능성에서 음성대조군과 유의한 차이를 보이지 않은 것으로 판단되었음

    - 다만, 형태학적 변화 확인시험에서 PLA 5 ㎍/㎖ 및 10 ㎍/㎖에서 세포형질전환 초점이 96 well 중 각각 1개씩 확인되었고,

    - 마이크로어레이와 실시간 역전사중합효소 연쇄반응시험에서 양성대조군 대비 약하지만 유전자의 변화가 확인된 점 등을 고려하면 발암 가능성을 완전히 배제할 수는 없다고 판단됨

 □ 시사점

  ○ 최근 3D 프린팅 사용 교사에서 희귀 육종암이 보고되었으나, 인과성을 입증할 충분한 자료가 부족하여 공무상 재해로 불인정되었으며,
        3D 프린팅 기술은 인공지능 기술과 결합하여 더 다양한 분야에서 대중화되고 있어 3D 프린팅과 발암성의 인과관계는 향후라도 평가될 필요가 있음

   - 본 연구에서는 3D 프린팅과 발암성의 인과성을 확인하지는 못하였으나, 제한적이지만 완전히 배제할 수는 없는 결과가 도출되어 보다 다양한 시스템에서의 추가적인 연구가 필요하다고 판단됨

3. 연구활용방안

 ○ ABS 및 PLA 필라멘트 소재를 사용한 3D 프린팅 작업 시 발생하는 입자상 물질의 발암성 평가에 대한 기초정보 제공

 ○ 3D 프린팅과 육종암의 관련성을 평가하기 위한 추가적인 연구의 기초자료로 활용

4. 연락처

 ○ 연구책임자: 산업안전보건연구원 흡입독성연구센터 임철홍 

 ○ 연락처: 042-869-8532

 ○ e-mail: limch@kosha.or.kr