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혁신 의료기기 기술 개발…신개념 제품 등장 '기대'
실시간 몸속 염증 확인·암 치료 초미세 로봇 등 개발
[기사입력 2019-12-04 06:45]
△새로운 개념의 의료기기 기술이 등장했다.

국내에서 혁신적인 의료기기 기술이 개발돼 신개념 의료기기 등장이 기대되고 있다.

4일 업계에 따르면 국내에서 최근 몸속 염증 반응에 대한 실시간 확인 영상 기술, 3D 바이오프린팅 기술을 이용한 인공 근육 제조법, 암 세포 진단·치료하는 초미세 의료 로봇 등이 등장했다.

한국과학기술연구원 테라그노시스연구단의 권익찬 책임연구원팀은 서울대 의대 연구진과 함께 염증 반응 초기에 활성화하는 효소인 '캐스페이즈-1'(Caspase-1)의 반응을 연구에 활용해 이같은 기술을 개발했다.

연구진에 따르면 이 효소가 활성화돼 표적 펩타이드(단백질 조각)를 자를 때만 빛을 내도록 주사제를 설계했다.

주사제는 캐스페이즈-1이 자르는 펩타이드에 형광체와 소광체를 각각 붙인 것이다. 효소 활성이 없을 때는 펩타이드에 붙은 소광체가 형광체의 빛을 억제해 빛이 나지 않지만, 효소가 제 기능을 하게 되면 펩타이드를 잘라 소광체가 떨어져 나가며 형광체에서 빛이 나게 된다.

연구진은 쥐를 대상으로 주사제로 효소의 활성을 측정해 염증 반응을 알 수 있음을 확인했다. 대장염을 앓는 쥐의 경우 염증이 생긴 뒤 6일이 지나서야 장이 심각하게 손상돼 체중 감소나 혈변 같은 증상을 보이는데, 2~3일 정도에 빛 신호로 이 질환을 진단하는 것이 가능했다. 형광체는 3일 안에 몸 밖으로 배출됐으며 독성도 없었다.

연구팀은 염증 물질을 모니터링하고 염증성 질환을 조기에 진단하는 데 이 기술을 활용할 수 있을 것으로 내다봤다.

성균관대 김근형 교수·전남대 의대 장철호 교수팀은 최근 금 나노입자가 포함된 바이오 잉크를 이용해 근섬유 다발을 만들었다.

바이오프린팅 기술의 관건은 실제 살아있는 세포가 포함된 바이오 잉크를 이용해 고유한 해부학적 특징과 생리학적 기능을 가진 조직을 구현할 수 있는지다.

특히 근육 조직의 경우 한 방향으로 배열된 근섬유 다발 형태로 만들어야 한다.

기존 바이오프린팅 기술로는 마이크로미터(㎛·100만분의 1m)·나노미터(㎚·10억분의 1m) 단위의 미세한 패턴을 구현할 수 없어 정렬된 근육 조직을 만들기 어려웠다.

연구팀은 생체 유래 소재인 콜라겐을 기반으로 한 바이오 잉크에 금 나노입자를 첨가, 세포 배열을 유도하는 데 성공했다.

금 나노입자 와이어를 이용해 콜라겐 바이오 잉크 안에 포함된 지방줄기세포의 자라는 방향을 제어했다.

마치 지지대를 따라 식물의 줄기가 뻗어가는 것처럼, 한 방향으로 배열된 4500㎚ 길이 금 나노 와이어를 따라 지방줄기세포들이 근육세포로 분화하도록 유도한 것이다.

이렇게 만들어진 인공 근육을 실험쥐의 손상된 턱 근육에 이식한 결과 8주 후 이식 부위가 실제 근육처럼 재생됐다.    

연구팀은 근세포 재생을 통해 난치성 근육질환 치료에 기여할 것으로 추정했다.

전남대학교 기계공학보 최은표 교수팀은 직경 10~20nm(1nm는 10억분의 1m)의 나노 자석 입자들을 뭉쳐 직경 100nm의 '다기능성 의료 나노로봇'을 제작하는 데 성공했다.

이 로봇은 사람의 몸속에 주사기로 투입되고 신체 외부에서 전자기장을 이용해 암세포에 정확하게 다가가도록 유도할 수 있다.

암세포에 반응하는 엽산(folic acid)을 연결하면 암세포를 찾아간다.

열을 머금는 금 나노입자와 '폴리 도파민'을 코팅해 주입한 뒤 신체 외부에서 근적외선을 쪼이면 원하는 위치에서 약물이나 열을 방출해 암을 치료한다.

다른 생체 분자의 접근을 막는 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 분자를 나노로봇에 붙이면 약효를 더욱 향상할 수 있으며, 환자 몸에 투여된 후 CT나 MRI 등 의료 영상 장비로 몸속에서의 치료과정을 모니터링할 수도 있다.

이 기술이 상용화되면 부작용을 최소화한 국소 암 치료에 큰 효과가 기대된다.

연구팀은 그동안 생체 내 환경에 의존했던 수동형 약물전달시스템 기술의 한계를 극복하고 암 치료와 다양한 치료약물의 전달 기술 분야에서 새로운 돌파구를 열 수 있을 것으로 기대했다. 


강찬우 기자  ehealth@e-healthnews.com
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