한국마이크로의료로봇연구원(원장 박종오)은 최은표 전남대 로봇연구소 교수팀·미국 존스홉킨스의대 공동연구팀과 공동으로 X-ray 실시간 이미징, 자기공명영상(MRI)이 가능한 색전 입자를 정밀 전달하기 위한 의료용 마이크로로봇을 개발하는 데 성공했다고 19일 밝혔다.
이번 연구는 간암 치료 중 가장 빈도 높은 치료법인 간동맥화학색전술(TACE) 한계인 색전 입자 전달 효율성 저하, 카테터에 의한 혈관 손상 및 2차 감염의 위험, X-ray나 MRI를 통한 색전 입자 이미징 어려움 등을 극복하기 위해 마이크로의료로봇 기술을 도입한 것이다. TACE 한계를 극복하고 색전술 자동화 및 표준화가 가능할 것으로 기대된다.
TACE는 색전 물질을 종양 근처의 혈관 내에 주입해 혈관을 막고 종양 영역으로의 혈류를 차단해 종양을 사멸시키는 수술법이다. 절제할 수 없는 경우나 수술 전의 치료, 수술 후 재발한 경우 시행된다.
이번 연구는 보건의료 연구개발(R&D)사업인 '마이크로의료로봇 실용화 공통기반 기술개발센터'를 통해 이뤄졌으며 세계적 권위의 다학제적 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 최근 게재됐다.
연구팀은 체내 분해 가능한 구형의 마이크로입자에 다기능성 자성 나노입자를 표면에 부착하여 마이크로로봇 구조체 제작 후 조영제와 항암제를 탑재했다. 구형 마이크로입자는 생체 적합성과 생체 분해성을 지닌 젤라틴과 폴리락타이드-코-글리콜라이드(PLGA)로 구성되며 미세 유체 채널을 이용해 제작돼 크기를 300-600마이크로미터(㎛)로 조절할 수 있다.
이렇게 제작된 마이크로로봇은 로봇 내부에 탑재된 X-ray 조영제를 이용해 실시간 X-ray 영상 하에 외부 전자기장을 통해 종양 주위 혈관 영역으로 정밀하게 전달되며 수술 후 사후 경과를 확인하기 위해 MRI를 통해 관찰할 수 있다. 이후 마이크로로봇으로부터 항암제가 서서히 방출돼 종양 주변에 머물며 종양을 사멸시키며 마이크로로봇은 서서히 분해된다.
이번 연구는 간암 치료방법 중의 하나인 카테터를 통한 TACE는 색전물질을 종양 근처의 혈관 내에 주입하여 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, X-ray나 MRI를 통한 색전입자의 이미징이 불가능하다는 한계들이 있다.
특히 TACE 수술은 미세 종양 혈관을 초선택하는 것이 중요한데, 이를 위한 카테터 접근이 의료진의 의술에 의존하기 때문에 제한적이고, 이를 위한 다년간의 수술 훈련이 필요하다. 이러한 한계를 극복하기 위해 본 연구에서는 외부 전자기장에 의해 능동 정밀조향이 가능하고, X-ray 실시간 이미징, 자기공명영상, 선택적 약물 방출이 가능한 마이크로의료로봇을 개발하였다.
마이크로의료로봇 기술을 활용할 경우 의료진의 컨디션에 의존하던 TACE 수술법의 자동화 및 표준화가 가능해 의료진 및 환자의 피로도와 부담감을 줄일 수 있을 것이라 예상한다.
이번 연구는 한국마이크로의료로봇연구원, 전남대 로봇연구소, 전남대 생체재료개발센터, 존스홉킨스대, 서울아산병원, 연세대 세브란스병원에서 참여했다.
이번 연구의 제1 저자로 참여한 고광준 한국마이크로의료로봇연구원 박사는 “이번에 개발된 마이크로로봇은 간동맥화학색전술에서 이용돼 오던 기존 색전 입자에 여러 기능을 추가한 것으로 상용화된다면, 높은 간암 치료 효과를 보일 수 있을 것이라 기대한다.”고 말했다.
교신저자로 참여한 최은표 전남대 로봇연구소 교수는 “마이크로의료로봇 플랫폼을 간 종양뿐 아니라 색전 수술이 필요한 다양한 질환에 확장하고, 색전 수술의 자동화 및 표준화를 통해 수 년이 걸리는 의료진들의 색전 수술 훈련기간을 단축하여 바로 쉽게 사용할 수 있도록 개발을 이어갈 것”이라고 말했다.
국내 마이크로의료로봇 분야를 이끌어온 사업 총괄책임자 박종오 한국마이크로의료로봇연구원장은 “첨단기술인 마이크로의료로봇을 적용해 실제 의료 시술 효율을 크게 올릴 수 있어 시술 정밀도 향상과 마이크로의료로봇 실용성을 확보하게 됐다”고 말했다.
광주=김한식기자 hskim@etnews.com
