[쿠키뉴스] 이영수 기자 = 고려대학교 KU-KIST 융합대학원 황석원 교수팀이 삼성서울병원 및  Penn state 대학 연구팀과 공동 연구를 통해 부드럽고 신축성이 높은 생체 삽입형 전자 소자를 (Implantable electronic device) 방광에 결합해 실시간으로 방광 활동을 모니터링하고 (온도변화, 근육 신호, 수축/팽창) 제어 시스템(배뇨 유도)을 이용해 배뇨 질환을 치료 할 수 있는 시스템을 개발했다.

이번 연구결과는 세계적 권위의 과학저널 ‘사이언스 어드밴시스 (Science Advances)’ 11월 11일자 온라인 판에 게재됐다. 

연구팀은 인체에 무해하고 유연/신축성이 높은 그물망 (Web) 구조 플랫폼에 다양한 센서와 광유전학 시스템 (optogenetics) 을 구성해 주기적으로 부피가 변화하는 방광에 안정적으로 결합했고, 이를 소변 배출이 원활하지 못한 저활동성 방광(Underactive bladder) 배뇨 질환 모델에 적용해 실시간 방광 활동(온도변화, 근육 신호, 수축/팽창) 모니터링을 통해 정확한 소변 배출 시점을 분석하고 광유전학 자극을 통해 원활한 배뇨를 유도할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

기존의 저활동성 방광 배뇨 기능장애를 치료하는 방법으로는 카테터(도뇨관)를 요도에 직접 삽입하여 소변을 수동적으로 배출하는 간헐적 자가도뇨법이 있다. 그러나 이 방법은 상당한 고통이 따르고 하루에 4~6회 도뇨를 실시해야하기 때문에 환자들의 삶의 질을 크게 저하시킬 뿐만 아니라 요로감염, 패혈증 등의 2차 합병증에 노출되는 문제점이 있다. 

또한 현재까지는 도뇨법을 제외하고는 효과가 입증된 약물 및 수술적 치료방법이 현저히 부족한 상태이다. 따라서 본 연구팀이 개발한 실시간으로 방광 상태를 모니터링하고 광 자극을 통해 소변 배출을 유도하는 기술은 환자들의 삶의 질을 개선하고 합병증의 위험 부담을 낮출 수 있는 획기적인 방광질환 진단 및 치료법이 될 수 있는 계기를 마련했다.

방광의 배뇨질환을 위한 생체 삽입형 전자 소자는 신축/유연한 폴리머 기반(Ecoflex) 위에 성능이 뛰어난 센서들과 광 자극 시스템을 그물망과 serpentine 형태로 설계해 주기적으로 팽창/수축을 반복하는 방광의 움직임에도 접착제 없이 안정적으로 동작할 수 있도록 설계됐다.

이번 연구에서 방광의 배뇨를 유도하는데 적용된 광 유전학적 자극 기술은 빛에 반응하는 단백질인 채널로돕신을 바이러스를 통해서 방광 근육에만 선택적으로 발현시켜 광 자극을 통해 방광근육만 선택적으로 자극 시킬 수 있다는 장점이 있다. 그러나 기존의 광유전학적 기술은 병원성 바이러스를 사용해야하는 한계점으로 임상적 적용이 어려웠으나, 이번 연구에서는 인간 및 영장류에 질병을 유발하지 않음이 증명된 안정한 바이러스인Adeno-associated virus (AAV)를 이용해 본 연구의 임상 적용 가능성을 보여주었다.

황석원 고려대 교수는 “이번 연구결과는 유연/신축 전자 시스템을 바탕으로 하는 공학 기술과 의학적 치료/연구의 융합을 통해 그동안 효과적인 치료법이 부족했던 배뇨질환 치료에 유용한 기술이 될 것으로 기대하며, 방광뿐만 아니라 다양한 장기의 만성 질환을 진단 및 치료할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
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