부정맥 치료 패러다임 바꾼다… 전기 충격 없는 ‘다채널 전기 자극 어레이’ 개발

기존 삽입형 제세동기와 다채널 전기 자극 어레이의 구조 비교. /서울대병원

서울대병원과 기초과학연구원(IBS) 공동 연구팀이 부정맥 진단과 치료가 가능한 ‘다채널 전기 자극 어레이’를 개발했다. 기존에 쓰이던 삽입형 제세동기와 달리 강력한 전기 충격 없이 부정맥 치료가 가능한 새로운 치료법이다.

서울대병원 순환기내과 이승표 교수와 서울대 공대 김대형(IBS 나노입자연구단 부연구단장)·현택환 교수(IBS 나노입자연구단장) 공동 연구팀은 부정맥 발생 부위를 진단해 큰 충격 없이도 치료할 수 있는 ‘다채널 전기 자극 어레이’를 개발하고, 동물 모델을 통해 효과를 검증한 결과를 14일 발표했다.

부정맥은 심장에서 생성하는 전기 신호에 이상이 생기는 질환으로, 심실세동과 심실빈맥은 특히 치명적인 부정맥이다. 갑자기 발생해 급사에 이를 수 있어서 부정맥 위험이 높은 심부전 환자는 예기치 못한 악성 심실 부정맥을 발생 즉시 치료하기 위해 삽입형 제세동기를 체내에 이식한다.

기존 삽입형 제세동기는 부정맥이 시작된 부위만 자극할 수 없어서 불가피하게 심장 전체에 영향을 미칠 만큼 강한 전기충격을 발생시켜 부정맥을 차단한다. 이 충격을 통해 심장 전기 신호의 이상을 리셋하고, 박동을 정상화하는 것이다. 다만 전기충격이 지나치게 강해 통증이 심하고 심장의 정상적 수축 기능까지 방해하는 문제점이 있다.

연구팀이 개발한 다채널 전기 자극 어레이는 부정맥의 시작 부위를 정확히 찾아내고, 해당 부분에만 전기 자극을 적게 가하여 충격을 최소화하는 장치다. 이 어레이는 8개 또는 32개의 전극 채널이 4×2 또는 8×4 로 배치되어 있어 각 전극을 통해 심장의 각 부위에서 전기 신호를 측정한다. 이를 부정맥이 잘 발생하는 심근경색 동물 심장 모델에 적용한 결과, 부정맥의 시작 지점을 정확히 진단할 수 있었다.

다채널 전기 자극 어레이는 부정맥이 시작된 부위를 특정해 심장에서 감지하지 못할 정도로 약한 전기 자극(역치하 자극)을 연속적으로 발생시켜 부정맥 전기 신호를 차단할 수 있는 것으로 확인됐다. 역치하 자극으로 치료가 불가능할 경우, 자극의 강도를 순차적으로 높여 치료할 수 있었다.

서울대병원과 IBS 공동연구팀. 왼쪽부터 서울대병원 순환기내과 이승표 교수, 서울대 공대(기초과학연구원 나노입자연구단) 김대형·현택환 교수. /서울대병원

역치하 전기 자극을 지속적으로 가하면 추가적인 악성 심실 부정맥의 발생도 예방할 수 있는 것으로 확인됐다. 동물 모델에서 다채널 전기 자극 어레이를 통해 역치하 전기 자극을 가한 예방군에 비해 대조군은 부정맥 발생 비율이 3배 이상 높았다.

이승표 서울대병원 교수는 “악성 심실 부정맥은 심부전 환자에게 동반되는 가장 위험한 합병증 중 하나로 이를 치료하기 위한 강한 제세동 충격을 두려워하는 환자들이 많다”며 “부정맥을 통증 없이, 사전에 차단시킬 수 있음을 확인한 이번 연구는 부정맥 치료의 발전에 중요한 단서를 제공했다”고 설명했다.

이번 연구 결과는 미국과학진흥협회의 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 최근 호에 게재됐다.

참고자료

Science Advances, DOI : https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf6856

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