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가까운 미래, 의료용 마이크로 로봇이 방광 질환 치료할 수 있을까
고동탄(bourree@kakao.com) 기자 입력 2023년 08월 29일 18:10분1,131 읽음
인류의 상상은 언제나 영화나 소설에서 먼저 나타나는데 1966년에 개봉된 영화 마이크로결사대(원제: Fantastic Voyage)는 미세한 로봇이 인체로 들어가서 막힌 뇌혈관을 치료하는 과정을 그린 영화이다. 물론 그 때나 지금이나 이러한 일이 가능하지 않지만 머지않은 미래에는 가능할 지도 모를 일이다.

콜로라도 대학 볼더(University of Colorado Boulder) 캠퍼스의 엔지니어 팀은 놀라운 속도로 액체를 통과할 수 있는 새로운 종류의 소형 자체 추진 로봇을 설계했다. 연구자들은 지난달 스몰(Small) 매체에 발표된 논문에서 이에 대한 논문을 설명했다.

마이크로 로봇은 비침습적 수술과 같은 신체의 특정 작업을 수행할 수 있다고 상상이 현실이 될 날이 머지 않다 보인다. 이러한 상상이 현실이 되면 수술환자를 개복하는 대신 단순히 알약이나 주사를 통해 로봇을 신체에 도입할 수 있으며 인체 내에서 스스로 치료 절차를 수행한다. 너비 20마이크로미터에 불과한데, 사람 머리카락 너비보다 몇 배 더 작은 크기이다. 이렇게 작은 로봇이 초당 3밀리미터 씩 이동하는데 이 속도는 자신 크기에 9,000배에 달한다.

일반적인 스테로이드 약물인 덱사메타손을 실험실 쥐의 방광으로 운반하기 위해 이 로봇을 이용한 연구를 진행했다. 결과는 마이크로 로봇이 방광 질환 및 기타 사람들의 질병을 치료하는 데 유용한 도구가 될 수 있음을 시사하는 것으로 나타났다. 미세한 크기의 로봇은 과학계에서 많은 흥분을 불러일으켰지만, 의료계를 더욱 흥미롭게 만드는 것은 신체에서 유용한 작업을 수행하도록 설계할 수 있다는 것이다.

이 팀은 3D 프린팅과 유사한 기술을 사용하여 생체 적합성 폴리머라는 재료로 마이크로 로봇을 만든다. 이 기계는 작은 로켓처럼 생겼고 3개의 작은 지느러미가 달려 있다. 여기에는 약간의 추가 기능이 있는데, 각 로봇은 물에 유리잔을 거꾸로 담갔을 때 발생하는 것과 유사한 작은 공기 방울을 운반한다. 기계를 초음파에 사용하는 것과 같은 음향장에 노출하면 기포가 격렬하게 진동하기 시작하여 물을 밀어내고 로봇이 앞으로 나아간다.

현재는 시험 운전단계이며 연구자들은 인간의 일반적인 문제인 방광 질환에 초점을 맞췄다. 통증성 방광 증후군으로도 알려진 간질성 방광염은 수백만 명의 미국인이 영향받는 질환이며, 이름에서 알 수 있듯이 심각한 골반 통증을 유발할 수 있다. 질병을 치료하는 것도 똑같이 불편할 수 있는데 치료받는 환자는 의사가 카테터를 통해 독한 덱사메타손 용액을 방광에 주입하는 병원에 몇 주에 걸쳐 여러 번 와야 한다.

실험실에서 연구원들은 고농도의 덱사메타손을 캡슐화하는 마이크로 로봇 공장을 제작했다. 그런 다음 수천 개의 봇을 실험실 쥐의 방광에 도입했다. 그 결과는 실생활의 영화에서 상상했던 마이크로 결사대(Fantastic Voyage)였다. 마이크로 로봇은 방광 벽에 달라붙기 전에 장기를 통해 분산되어 소변을 보기 어려울 수 있다. 그곳에서 로봇은 약 이틀에 걸쳐 천천히 덱사메타손을 방출했다. 이러한 꾸준한 약의 흐름은 환자들이 더 오랜 기간동안 더 많은 약을 받을 수 있게 하여 환자들의 결과를 개선할 확률이 높아진다.

아직 연구단계이므로 더 많은 개선이 필요한데, 제일 우선은 마이크로 로봇이 생분해성으로 제작되어 인체 내에서 용해되도록 만들려고 노력하고 있다. 이 입자들이 방광에서 작동하도록 할 수 있다면 더 지속적인 약물 방출을 달성할 수 있고 아마도 환자들이 병원에 자주 오지 않아도 될 것이다. 따라서 삶의 질이 지금보다는 현저하게 높아질 수 있다.
월간암(癌) 2023년 7월호
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