부정맥 실시간 진단해 치료하는 전자패치 나왔다

IBS 나노의학연구단

박장웅 IBS 나노의학연구단 연구위원팀이 부정맥을 실시간으로 진단하고 치료할 수 있는 심장 부착형 전자패치를 개발했다. IBS 제공

생명을 위협하는 부정맥을 실시간으로 진단하고 치료할 수 있는 심장 부착형 전자패치가 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 박장웅 나노의학연구단 연구위원팀이 부정맥 환자의 심장 기능을 실시간 감지해 미세 전기자극으로 심장 박동을 정상화시킬 수 있는 부착형 전자패치 기술을 개발해 국제학술지 '사이언스 어드밴시스' 9월 15일자에 발표했다고 밝혔다.

정상적인 심장은 전기 자극 생성 조직에서 1분에 60~100회의 자극을 만들어내 규칙적으로 수축과 이완을 반복하며 신체 각 조직으로 혈액을 공급한다. 부정맥은 심장에서 전기신호를 생성·전달하는 데 이상이 생기거나 비정상적인 전기신호가 발생하는 현상으로 돌연사나 뇌졸중으로 이어질 수 있는 심각한 심혈관 질환이다.

심장질환 환자의 경우 몸속에 이식형 제세동기를 삽입해 부정맥 발생 시 자동으로 심장에 전기충격을 가해 사망위험을 감소시키기도 한다.

하지만 기존의 이식형 전자장치는 크기가 커 이식 시 가슴 피부를 절개해야 하는 부담이 있고 정맥을 통해 전극을 심장에 넣는 방식으로 작동하기 때문에 감염이나 정맥 천공, 허헐성 염증 등 합병증의 위험이 있었다. 또 이식형 전자장치는 심장의 전기 활동을 감지해 전기충격을 주는 방식이라 외부 전기 자극에 민감할 수 있다.

연구팀은 심전도 대신 심장이 수축하고 이완하는 물리적 운동을 감지하는 반도체 기반의 압력 센서를 개발했다. 심장 표면에 부착할 수 있을 정도로 얇은 패치 형태로 심장 표면의 압력 분포를 실시간 감지할 수 있다.

또 여기에는 표면적이 넓은 나노구조 전극이 결합돼 있어 부정맥을 감지하면 심장에 효과적으로 전기 자극을 가할 수 있다. 하나의 패치 장치로 심장 압력 감지와 미세 전기 자극을 주는 기능을 동시에 수행할 수 있는 셈이다.

연구팀은 부정맥을 유발한 실험토끼의 심장 표면에 전자패치를 부착해 실험한 결과 압력 분포 데이터로 부정맥이 발생한 것을 감지한 뒤 미세 전기 자극으로 심장 박동을 정상화하는 데 성공했다.

전자패치를 심장 표면에 안정적으로 고정하는 데는 홍합의 접착 능력을 모방한 하이드로겔 접착제를 활용했다. 토끼 심장 표면에 부착한 뒤 10주가 지나도 부착력이 유지될 정도로 성능이 우수했고 토끼의 정상적인 활동에도 문제가 없었다.

박 연구위원은 "이번 연구로 개발된 심장 부착형 전자패치 기술은 기존 이식형 제세동기 기술의 한계를 극복하고 새로운 심장 질환 진단 및 치료 전자장치에 활용될 수 있다"며 "향후 임상실험으로 상용화해 실제 부정맥 환자들에게 적용할 것을 기대한다"고 말했다.

IBS 나노의학연구단이 개발한 전자패치의 모식도. IBS 제공

[이영애 기자 yalee@donga.com]