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효율적 약물 투여 장치 개발, 의료기기 상용화 기대
약물 과다투여 방지·초소형 브레인 칩 기술 개발
[기사입력 2019-09-10 06:42]
△약물전달 의료기기 기술들이 잇따라 등장하고 있다.

약물을 효율적으로 투여할 수 있는 장치가 국내 연구진에 의해 개발돼 의료기기 상용화 기대감을 높이고 있다.

10일 업계에 따르면 약물 과다투여 방지 및 뇌에 직접 약물 전달이 가능한 초소형 브레인 칩 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국표준과학연구원 열유체표준센터 이석환 선임연구원팀은 투여 약물의 아주 미세한 양까지 정밀하게 측정할 수 있는 유량계를 개발하는데 성공했다.

정확한 약물 투여는 의료행위 기본이지만 투약량을 매번 실시간으로 확인하는 건 사실상 쉽지 않다.

약물 주입기로 양을 설정해도 정량을 넘어선 약물이 환자에게 들어가는 경우가 왕왕 발생한다. 미국에서는 2005∼2009년 관련 사망 사고가 500여 건에 달했을 정도다.

투약량 문제의 주요 원인은 약물 주입기를 오래 사용할수록 잦아지는 기계적 오류와 오작동에 있다.

연구팀은 적외선 흡수 기반의 열식 질량 유량계를 만들어 기존 문제를 해결했다.

열식 질량 유량계는 하나의 히터로 유체를 가열한 뒤 가열한 곳 상류와 하류 온도 차이를 비교해 약물의 흐르는 정도를 재는 장치다.

빨래집게와 유사한 '클램프온'(clamp-on) 타입이어서, 약물 주입기 배관을 바깥에서 집기만 해도 유량을 측정할 수 있다.

약물 주입기 배관을 자르거나 유량계를 별도로 설치할 필요가 없다는 뜻이다.

온도에 따라 특정 파장에서 물 적외선 흡수도가 변한다는 개념을 기술에 접목했다고 연구팀은 설명했다.

연구팀의 열식 질량 유량계는 시간당 2㎖의 극미량까지 확인할 수 있다.

1분당 기준으로 환산하면 물 한 방울(약 0.05㎖)에도 미치지 않는 0.03㎖ 수준이라고 표준연은 강조했다.

이석환 선임연구원은 "투약량을 실시간 모니터링하게 된다면 기계적 오류나 의료진 판단 착오로 발생하는 과다투여 의료 사고를 줄일 수 있다"며 "다양한 약물을 동시 주입할 때도 쓸 수 있고, 소형화도 가능하다"고 말했다.

또한 국내 연구진이 뇌에 직접 약물을 전달할 수 있는 초소형 브레인 칩 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 조일주 박사팀은 뇌의 여러 부위에서 발생하는 신경 신호를 동시에 측정하는 한편 뇌에 약물이나 빛을 전달할 수 있는 기술을 구현했다.

브레인 칩은 말 그대로 뇌에 삽입하는 형태의 기기로 뇌 질환 치료나 뇌 기능 증강을 위한 매개체가 된다.

기존에는 뇌에서 나오는 신호를 읽어 뇌 기능 이상을 확인하는 것까지는 가능했다.

반대로 뇌에 신호를 보내는 소통은 아직 많이 연구되지 않았다.

뇌 기능 제어를 위해 파킨슨병 환자 등을 대상으로 심부 자극술 칩이 사용되고는 있으나, 뇌 회로의 정밀한 자극이나 뇌 신호 변화의 동시 측정은 어렵다.

연구팀은 머리카락 굵기(40㎛)의 아주 가는 초소형 브레인 칩을 제작해 마취 상태의 살아있는 생쥐 뇌에 넣었다.

이를 통해 생쥐 기억을 담당하는 해마 부위에 빛과 약물을 전달하는 데 성공했다.

빛이나 약물 자극으로 뇌 회로를 강화하거나 약화할 수 있다는 사실을 확인했다는 뜻이다.

이 과정에서 연구팀은 해마 여러 부위에서 동시다발적으로 발생하는 광범위한 신경 신호를 단일 세포 수준에서 정밀하게 측정하기도 했다.

약물 이동이나 빛 자극을 위한 광도파로(optical waveguide), 전기자극을 위한 전극, 뇌 신호 측정 전극을 모두 머리카락 굵기의 실리콘 구조체에 모아 소형화했다고 연구팀은 강조했다.

기존 대비 6∼8배 작은 탐침 4개와 32개의 전극을 내장해 신경세포 하나하나로부터 신호를 읽어 들이는 한편 약물이나 빛을 수 초 안에 직접 전달하는 원리다.'

조일주 박사는 "뇌 기능을 정밀하게 조절할 수 있는 초소형 시스템을 현실화한 것"이라며 "기존 뇌 회로 연구 방법 한계를 극복하는 한편 뇌 기능 조절 연구에 응용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

한편 이 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다 


김양순 기자  ehealth@e-healthnews.com
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