KIST "사입 과정서 발생하는 조직손상도 최소화 확인"
인체 삽입 의료기기의 수명을 4배 이상 늘릴 수 있는 의료기기 코팅기술이 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST)은 뇌과학연구소 조일주 단장팀이 연세대학교 서정목 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 뇌 포함 인체에 삽입되는 의료기기 코팅기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
최근 뇌에 브레인칩을 삽입해 생각만으로 기계를 움직이는 뇌-기계 인터페이스 기술을 비롯해 파킨슨 병 등 뇌질환 치료를 위한 뇌심부 자극기 등 다양한 인체 삽입형 의료기기들이 개발돼 의료 현장에서 활용되고 있다.
하지만 인체에 삽입되는 기기는 주위 생체조직에 면역반응을 유도하고, 이로 인한 기기의 성능 저하로 장기간 사용이 어려우며, 특히 뇌심부 자극기나 브레인칩 역시 뇌에 삽입되면 미세아교세포 등 뇌면역세포의 작용으로 안정적인 동작이 저해되고, 기기 수명이 단축돼 교체를 위한 추가적인 수술이 필요한 실정이다.
이러한 가운데 인체 삽입 의료기기 코팅기술이 개발된 것이다. 특히 연구팀은 이 기술을 통해 삽입과정의 조직손상을 최소화하고 염증반응을 억제해 기기의 수명을 기존 기기 대비 4배 이상 향상시키는 성과도 거둔 것으로 확인됐다.
해당 기술은 인체에 삽입되는 기기 표면에 단분자막과 윤활유를 얇고 균일하게 코팅하는 방법으로, 기기가 인체에 삽입되는 동안 발생하는 기기-조직간의 마찰을 감소시켜 조직 손상을 최소화하며, 면역 거부 반응에 의해 활성화 된 면역세포들이 기기 표면에 붙는 것을 막는 면역세포 부착 방지 특성을 나타낸다.
연구팀은 실험을 통해 생쥐 뇌에 개발한 코팅 기술이 적용된 신경 탐침을 삽입해 관찰한 결과, 삽입 직후 신경 탐침 내 32개의 뇌신호 측정 전극 중 90% 이상의 전극에서 뇌신호가 성공적으로 관찰했다.
이는 코팅기술이 적용되지 않은 신경탐침에서 관찰되는 신호의 2배이며, 뇌조직의 관찰을 통해서도 삽입 과정에서 발생하는 조직손상을 최소화했음을 확인한 것이다.
안정성 면에서도 코팅막 처리가 되지 않은 탐침의 경우 면역세포들이 기기 표면에 붙어 시간이 지남에 따라 신호측정 기능이 떨어졌으나 코팅기술이 적용된 탐침은 생물부착방지 특성으로 기존 전극 대비 4배가 긴 4개월간 안정적으로 뇌 신호 측정이 가능했다.
조일주 단장과 서정목 교수는 “개발한 코팅 기술은 뇌 뿐아니라 다른 인체 부위 삽입 기기에도 활용이 가능하며, 관련 기기의 수명을 획기적으로 연장할 수 있을 것”이라며, “인체 삽입형 의료기기의 교체 주기를 획기적으로 늘려 빠른 상용화에도 기여할 것으로 기대한다”라고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 한국연구재단의 신진연구자 지원사업과 뇌과학원천기술개발사업 등으로 수행됐으며, 연구 결과는 ‘Advanced Science’에 표지논문으로 선정됐다.
한국과학기술연구원(KIST)은 뇌과학연구소 조일주 단장팀이 연세대학교 서정목 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 뇌 포함 인체에 삽입되는 의료기기 코팅기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
최근 뇌에 브레인칩을 삽입해 생각만으로 기계를 움직이는 뇌-기계 인터페이스 기술을 비롯해 파킨슨 병 등 뇌질환 치료를 위한 뇌심부 자극기 등 다양한 인체 삽입형 의료기기들이 개발돼 의료 현장에서 활용되고 있다.
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| ▲서정목 교수ㆍ조일주 단장 (사진= KIST 제공) |
하지만 인체에 삽입되는 기기는 주위 생체조직에 면역반응을 유도하고, 이로 인한 기기의 성능 저하로 장기간 사용이 어려우며, 특히 뇌심부 자극기나 브레인칩 역시 뇌에 삽입되면 미세아교세포 등 뇌면역세포의 작용으로 안정적인 동작이 저해되고, 기기 수명이 단축돼 교체를 위한 추가적인 수술이 필요한 실정이다.
이러한 가운데 인체 삽입 의료기기 코팅기술이 개발된 것이다. 특히 연구팀은 이 기술을 통해 삽입과정의 조직손상을 최소화하고 염증반응을 억제해 기기의 수명을 기존 기기 대비 4배 이상 향상시키는 성과도 거둔 것으로 확인됐다.
해당 기술은 인체에 삽입되는 기기 표면에 단분자막과 윤활유를 얇고 균일하게 코팅하는 방법으로, 기기가 인체에 삽입되는 동안 발생하는 기기-조직간의 마찰을 감소시켜 조직 손상을 최소화하며, 면역 거부 반응에 의해 활성화 된 면역세포들이 기기 표면에 붙는 것을 막는 면역세포 부착 방지 특성을 나타낸다.
연구팀은 실험을 통해 생쥐 뇌에 개발한 코팅 기술이 적용된 신경 탐침을 삽입해 관찰한 결과, 삽입 직후 신경 탐침 내 32개의 뇌신호 측정 전극 중 90% 이상의 전극에서 뇌신호가 성공적으로 관찰했다.
이는 코팅기술이 적용되지 않은 신경탐침에서 관찰되는 신호의 2배이며, 뇌조직의 관찰을 통해서도 삽입 과정에서 발생하는 조직손상을 최소화했음을 확인한 것이다.
안정성 면에서도 코팅막 처리가 되지 않은 탐침의 경우 면역세포들이 기기 표면에 붙어 시간이 지남에 따라 신호측정 기능이 떨어졌으나 코팅기술이 적용된 탐침은 생물부착방지 특성으로 기존 전극 대비 4배가 긴 4개월간 안정적으로 뇌 신호 측정이 가능했다.
조일주 단장과 서정목 교수는 “개발한 코팅 기술은 뇌 뿐아니라 다른 인체 부위 삽입 기기에도 활용이 가능하며, 관련 기기의 수명을 획기적으로 연장할 수 있을 것”이라며, “인체 삽입형 의료기기의 교체 주기를 획기적으로 늘려 빠른 상용화에도 기여할 것으로 기대한다”라고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 한국연구재단의 신진연구자 지원사업과 뇌과학원천기술개발사업 등으로 수행됐으며, 연구 결과는 ‘Advanced Science’에 표지논문으로 선정됐다.
메디컬투데이 김동주 ([email protected])
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