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몸 상태 읽고 곧바로 치료하는 '올인원 칩' 시대 열린다

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2019년 01월 03일 03:00 프린트하기

미국의 과학자들이 몸 안에 부착해 방광 상태를 파악하고 곧바로 요실금과 같은 과민성 방광을 치료하는 장치를 개발했다. 방광에 부착한 장치가 신체 상태를 바로 파악하고 치료하는 방식이다. 오줌을 참기 어렵거나 요실금으로 고통받는 환자를 치료할 새로운 방법을 찾았다는 평가다.

 

존 로저스 미국 노스웨스턴대 재료과학 및 공학부 교수와 로버트 게루오 워싱턴대 마취학과 교수 공동 연구팀은 과민성 방광을 치료할 수 있는 소형 이식장치를 개발했다고 이달 2일 국제학술지 ‘네이처’에 발표했다. 논문에는 미국 일리노이대 전기컴퓨터공학부 원상민·노경림  박사과정생과 윤장열 재료과학공학부 박사과정생이 공동 1저자로 이름을 올렸다.

 

존 로저스 미국 노스웨스턴대 재료과학 및 공학부 교수와 로버트 게루오 워싱턴대 마취학과 교수 공동연구팀은 과민성 방광을 치료할 수 있는 소형 이식장치를 개발했다고 밝혔다. 핀셋으로 집은 부분이 신경에 연결돼 방광이 비정상적인 활동을 하면 신호를 보내 배뇨감을 막는다. -원상민 제공
존 로저스 미국 노스웨스턴대 재료과학 및 공학부 교수와 로버트 게루오 워싱턴대 마취학과 교수 공동연구팀은 과민성 방광을 치료할 수 있는 소형 이식장치를 개발했다고 밝혔다. 핀셋으로 집은 부분이 신경에 연결돼 방광이 비정상적인 활동을 하면 신호를 보내 배뇨감을 막는다. -원상민 제공

사람 몸 속에 집어 넣어 건강 상태를 확인하고 치료까지 하는 장치들은 최근 급속히 발전하고 있다. 단순히 약물을 전달하거나 하는 데 그치지 않고 몸 상태를 파악해 그때그때 치료를 제공하고 장치들도 속속 등장하고 있다.

 

과민성 방광은 갑작스럽게 소변을 못 참는 증상을 동반한다. 발병 원인은 알려지지 않았고 요실금과 밤에 오줌이 마려워 깨는 ‘야간뇨’ 증상이 나타난다. 대한배뇨장애요실금학회 조사에 따르면 한국인 600만명 정도가 과민성 방광으로 고생하는 것으로 알려졌다. 나이가 들수록 발병률이 높아져 65세 이상은 10명 중 3명이 걸린다. 약물치료도 잘 듣지 않아 ‘천수신경조절술’이라는 신경 치료술을 쓰기도 한다. 엉덩이 아래에 전기자극기와 배터리를 삽입해 골반뼈 속 천수신경을 주기적으로 자극해 배뇨감을 줄인다. 이 치료법은 다른 신경에도 영향을 줘 위험성이 있었다.

 

연구진은 과민성 방광 증상을 약물로 유도한 쥐에게 장치를 이식해 쥐들이 치료되는 것을 확인했다. 방광에 두른 띠의 신축에 따라 장치가 이를 인식하고 배뇨감을 조절하도록 뇌에 신호를 보낸다. -존 로저스, 로버트 게루오 공동연구진 제공
연구진은 과민성 방광 증상을 약물로 유도한 쥐에게 장치를 이식해 쥐들이 치료되는 것을 확인했다. 방광에 두른 띠의 신축에 따라 장치가 이를 인식하고 배뇨감을 조절하도록 뇌에 신호를 보낸다. -존 로저스, 로버트 게루오 공동연구진 제공

연구진은 방광을 두르는 띠 형태의 장치를 개발했다.  소변이 차서 방광이 팽창하면 따라 늘어난다. 이 장치는 띠의 늘어난 정도를 인식해 방광 상태를 살핀다. 방광이 아직 차지 않았는데도 소변이 나오면 이식장치는 신경에 발광다이오드(LED) 신호를 전달해 배뇨감을 줄이는 원리다.  장치는 무선 충전이 가능하고, 블루투스 방식으로 외부와 연결돼 향후 치료에 사용될 정보를 수집한다. 

 

연구진은 과민성 방광 증상을 일부러 약물로 유도한 실험쥐에게 이 장치를 이식해 실험한 결과 쥐들이 모두 정상적으로 배뇨활동을 한다는 사실을 알아냈다. 또 이식한지 7일까지 건강을 유지하는 것으로 확인했다.

 

로저스 교수에 따르면 새로운 이식장치는 높은 생체신호 측정 능력을 보유하고, 신체 활동을 침해하지 않는 구조를 갖고 있다. 유연하고 배터리 없이 유사시 외부와 통신할 수 있는 기계시스템과  스스로 알고리즘으로 데이터를 분석해 동작하는 제어기술도 들어갔다. 

 

로저스 교수는 “장치가 몸의 변화에 즉각적으로 반응해 자동으로 사람의 건강을 지킨다”며 "대형 동물에 실험을 진행한 후 임상으로 연구를 확대할 계획"이라고 밝혔다.

 

방광 조절 장치를 이식한 쥐의 모습(왼쪽)과 컴퓨터 단층촬영으로 찍은 이식된 장치의 모습(오른쪽). 방광 기능에 이상이 발생하면 LED 장치에서 빛이 발생하며 쥐의 신경에 신호를 전달해 쥐의 배뇨감을 막는다. -로리 스트롱, 애런 미클 제공
방광 조절 장치를 이식한 쥐의 모습(왼쪽)과 컴퓨터 단층촬영으로 찍은 이식된 장치의 모습(오른쪽). 방광 기능에 이상이 발생하면 LED 장치에서 빛이 발생하며 쥐의 신경에 신호를 전달해 쥐의 배뇨감을 막는다. -로리 스트롱, 애런 미클 제공

생체 이식 기술은 최근 새로운 전기를 맞고 있다. 사람 몸에서 나오는 생체신호에 대한 이해가 높아지고 신경 조절로 장기의 기능을 조절하게 되면서 이상이 발견되면 곧바로 치료하는 방식의 이식장치가 속속 등장하고 있다. 

 

이식장치의 조건을 충족시킬 만큼 기술이 발전한 것도 영향을 미쳤다. 기존의 장치들은 딱딱한 소재의 배터리를 주기적으로 바꿔줘야 했다. 이런 배터리들은 신체의 움직임을 방해했다. 크기가 커서 신체 내부에 심기 어렵고 외부와 선으로 연결해야 했기 때문이다. 하지만 신체에 영향을 미치지 않으면서 주기적으로 배터리를 바꿔줄 필요도 없는 이식칩들이 나오면서 상황이 바뀌고 있는 것이다.

 

리키 뮬러 버클리 캘리포니아대 교수가 개발한 이식장치의 모습. 뇌의 신호를 받아 이상이 있을 시 전기자극을 발생시켜 뇌 기능을 조절한다. -리키 뮬러 제공
리키 뮬러 버클리 캘리포니아대 교수가 개발한 이식장치의 모습. 뇌의 신호를 받아 이상이 있을 시 전기자극을 발생시켜 뇌 기능을 조절한다. -리키 뮬러 제공

리키 뮬러 미국 버클리 캘리포니아대 전기전자공학 및 컴퓨터과학부 교수는 뇌의 신호를 받아 바로 신경세포에 자극을 주는 방식의 이식장치를 개발했다고 지난달 31일 국제학술지 ‘네이처 의학공학’에 발표했다. 전극 128개로 구성된 손바닥에 올릴 수 있는 조그만 크기의 무선 칩이 뇌의 전기신호를 읽고 이상 징후가 발생하면 즉시 신호를 보내 신경세포를 자극한다. 연구진은 원숭이에게 이 칩을 이식하는 실험에 성공했다. 간질이나 파킨슨병 같은 뇌 질환을 치료할 수 있다는 기대로 마크 저커버그 페이스북 최고경영자가 세운 재단인 챈 저커버그 이니셔티브가 연구를 후원하기도 했다.

 

쉬둥 왕 미국 매디슨 위스콘신대 재료과학및공학부 교수는 위 속에 음식이 들어오면 위가 움직이게 되는 걸 이용해 전기 에너지를 얻어 뇌에 배가 부르다는 전기신호를 보내 자동으로 음식 섭취를 막는 이식장치를 개발했다. 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 지난달 17일자에 소개된 이 장치는 비만 치료에 쓰일 것으로 기대를 모은다. 

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