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| ▲ 간 종양 색전을 위한 마이크로의료로봇 개념도. (가) 마이크로로봇 제작 및 주변 장치. (나) 마이크로로봇 전달 방법.(그림=한국마이크로의료로봇연구원 제공) |
[mdtoday=이한희 기자] 색전입자 전달 효율성 저하 카테터에 의한 혈관 손상 및 2차 감염의 위험, 그리고 X-ray나 MRI을 통한 색전입자의 이미징이 불가능했던 간동맥화학색전술을 보다 편리하고 안전성을 가진 마이크로의료로봇이 개발됐다.
한국마이크로의료로봇연구원과 전남대학교 로봇연구소 최은표 교수, 존스홉킨스의대 공동연구팀은 X-ray 실시간 이미징, 자기공명영상(MRI)이 가능한 색전입자를 정밀진단하기 위한 의료용 마이크로로봇을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.
이번 연구는 간암치료 중 가장 빈도가 높은 치료법인 간동맥화학색전술(Transcatheter arterial chemoembolization, TACE)의 한계인 색전입자 전달 효율성 저하, 카테터에 의한 혈관 손상 및 2차 감염의 위험, 그리고 X-ray나 MRI를 통한 색전입자 이미징의 어려움 등을 극복하기 위해 마이크로의료로봇 기술을 도입함으로써 이러한 한계들을 극복하고 색전술의 자동화 및 표준화가 가능할 것으로 기대된다.
연구팀은 체내에서 분해 가능한 마이크로 입자에 다기능성 자성나노입자를 표면에 부착해 마이크로로봇 구조체를 제작 후 조영제와 항암제를 탑재시켰다.
구형 마이크로입자는 생체 적합성과 생체 분해성을 지난 젤라틴과 PLGA(polyactide-co-glycolide)로 구성되며 미세유체 채널을 이용해 제작돼 크기를 300~600µm로 조절 가능하다.
이렇게 제작된 마이크로로봇은 로봇 내부에 탑재된 X-ray 조영제를 이용해 실시간 X-ray 영상 하에 외부 전자기장을 통해 종양 주위 혈관 영역으로 정밀하게 전달되며(80% 이상의 타겟팅 효율) 수술 후 사후 경과를 확인하기 위해 MRI를 통해 관찰할 수 있다.
이후 마이크로로봇으로부터 항암제가 서서히 방출돼 종양 주변에 머물며 종양을 사멸시키며 마이크로로봇은 서서히 분해된다.
간암의 치료방법 중의 하나인 카테터를 통한 TACE는 색전물질을 종양 근처의 혈관 내에 주입해 혈관을 막고 종양영역으로의 혈류를 차단시켜 종양을 사멸시키는 수술법으로 절제가 불가능한 경우나 수술 전의 치료 수술 후 재발한 경우 시행되는 수술법이다.
하지만 기존 수술법은 색전입자 전달 효율성 저하 카테터에 의한 혈관 손상 및 2차 감염의 위험, 그리고 X-ray나 MRI을 통한 색전입자의 이미징이 불가능하다는 한계들이 있다.
특히 TACE 수술은 미세 종양 혈관을 초선택(Superselection)하는 것이 중요한데 이를 위한 카테터 접근이 의료진의 의술에 의존하기 때문에 제한적이고 이를 위한 다년간의 수술 훈련이 필요하다.
이런 한계를 극복하기 위해 본 연구에서는 외부 전자기장에 의해 능동 정밀조향이 가능하고, X-ray 실시간 이미징, MRI, 선택적 약물 방출이 가능한 마이크로의료로봇을 개발했다.
본 마이크로의료로봇의 기술을 활용할 경우 의료진의 컨디션에 의존하던 TACE 수술법의 자동화 및 표준화가 가능해 의료진 및 환자의 피로도와 부담감을 줄일 수 있을 것이라 예상한다.
이번 연구의 제1저자로 참여한 한국마이크로의료로봇연구원 고광준 박사는 “이번에 개발된 마이크로로봇은 TACE 수술에서 이용돼 오던 기존 색전입자에 여러 기능을 추가한 것으로 상용화된다면 높은 간암 치료 효과를 볼 수 있을 것이라 기대한다”고 설명했다.
교신저자로 참여한 최 교수는 “본 마이크로의료로봇 플랫폼을 간 종양 뿐 아니라 색전 수술이 필요한 다양한 질환에 확장하고 색전 수술의 자동화 및 표준화를 통해 수년이 걸리는 의료진들의 색전 수술 훈련기간을 단축해 바로 쉽게 사용할 수 있도록 개발을 이어갈 것”이라고 말했다.
사업 총괄책임자인 박종오 한국마이크로의료로봇연구원장은 “첨단기술인 마이크로의료로봇을 적용해 실제 의료 시술의 효율을 크게 올릴 수 있어 시술 정밀도 향상과 마이크로의료로봇의 실용성을 확보하게 됐다”고 소감을 전했다.
이번 연구는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 지난 11월 18일자로 게재됐다.
메디컬투데이 이한희 (hnhn0414@mdtoday.co.kr)
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