재미 한국인 연구자들, 몸 속에서 40일 작동하고 스스로 녹는 심장박동 조율기 개발

작동기간 기존 4일에서 40일로 늘려

미국 연구팀이 개발한 약 40일 후 모두 분해된 임시 심장박동 조율기. 사이언스 제공

한국인 연구자 주축의 미국 연구팀이 40일 동안 몸에서 작동한 후 녹아 사라지는 임시 심장박동 조율기를 개발했다. 의료진 도움 없이도 자동으로 심장의 이상을 감지하고 자동으로 작동한다. 환자 관리와 치료에 있어 획기적인 차세대 심장박동 조율기가 될 것으로 기대된다.

존 로저스 미국 노스웨스턴대 재료과학부 교수 연구팀은 약물 전달시스템이 달린 임시 심장박동 조율기를 개발했다고 2일 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘사이언스’에 지난달 27일 발표됐으며 최연식 박사후연구원과 정효영 박사후연구원, 유재영, 이영중, 김승엽, 이금비 연구원 등 다수의 한국인 과학자가 연구에 참여했다.

심장박동 조율기는 느리거나 불규칙적인 심장 박동을 정상 상태로 유지시키는 전자 기기다. 영구적으로 지속적으로 사용하는 영구형 조율기와 임시로 사용하는 임시형 조율기 두 종류로 나뉜다. 부정맥과 같은 질병 환자에겐 영구형을, 질병 치료를 위한 일시적 약물 사용이나 수술로 심장 박동이 느려질 경우 사용 후 제거하는 임시형을 사용한다. 

문제는 기존의 임시형 조율기는 몸 밖에 조작 장치가 있고 인체 삽입형 전극이 피부를 관통하는 전선을 통해 연결된 구조를 지녔다는 점이다. 전선을 통한 감염 위험이나 환자가 자세를 바꿀 때 전극이 제위치를 벗어날 가능성이 있다. 제거할 때도 몸 안의 전극을 제거하다가 심장 조직이 손상되거나 전극의 단선으로 2차 수술을 요하는 경우도 발생한다.

연구팀은 지난해 6월 몸에서 녹아 사라지는 임시 심장박동 조율기를 이미 개발한 바 있다. 이 임시형 조율기의 두께는 250 미크론(μ∙100만분의 1미터), 무게가 0.5g 정도로 아주 얇고 가볍다. 근거리무선통신(NFC) 기술을 활용해 배터리 없이 무선으로 조작이 가능하다. 다만 작동 가능 시간이 4일로 짧았다. 최 박사후연구원은 “심장의 움직임이 커 근처 조율기가 안정적으로 작동을 유지하기 힘들었다”며 “심장과 접촉하는 부분에서의 이물 반응이 커 에너지 공급소모도 컸다”고 말했다. 

새로 개발한 임시 심장박동 조율기의 사용법을 그래픽으로 나타났다. 미국 노스웨스턴대 제공

연구팀은 이런 한계를 넘어 40일 동안 구동이 가능한 임시 심장박동 조율기를 개발했다. 조율기 소재를 잘 늘어나는 소재로 변경해 심장 주변에서도 안정적으로 작동하도록 했다. 심장과 접촉하는 부분에 약물전달시스템을 적용해 이물반응도 막았다. 그 결과 몸 속에서 한달 이상 안정적으로 작동하고 이후 녹아서 사라지는 조율기가 개발됐다. 

연구팀은 심전도 센서와 에너지 공급장치로 구성된 몸에 붙이는 웨어러블 장치도 개발했다. 환자가 움직이거나 퇴원을 해도 연속적으로 환자의 심전도를 비롯한 여러 건강 관련 신호들을 수집한다. 블루투스를 통해 휴대전화나 무선태블릿과 무선으로 연결된다. 자동 질병 진단과 치료 알고리즘을 통해 의사나 간호사의 개입 없이도 자동으로 조율기가 작동한다. 이전까지는 의료진이 직접 환자의 상태를 확인하고 필요할 때 조율기를 작동시켜야 했다. 

최 박사후연구원은 “이번 연구는 몸 속에서 녹아 없어지는 전자 플랫폼과 웨어러블 디바이스를 결합한 첫 사례”라며 “입원과 치료를 위한 의료비용을 줄이는 미래 의료기술이 될 것”이라고 밝혔다. 

왼쪽이 최연식 박사후연구원, 오른쪽이 정효영 박사후연구원. 최연식씨 제공  

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]