[사이테크+] "신장 이식 성패 실시간 관찰한다…이식형 센서 쥐실험 성공"

美 연구팀 "이식 신장에 센서 부착…온도·열전도도 측정으로 염증 발생 관찰"

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 미국 연구팀이 이식된 신장에 직접 부착해 거부반응으로 인한 이식 실패를 조기에 발견할 수 있는 이식형 센서를 개발하고 신장 이식 쥐 모델 실험을 통해 성능을 검증했다.

이식된 쥐 신장에 부착된 온도·열전도도 센서 [Dr. Surabhi Madhvapathy, Northwestern University 제공. 재판매 및 DB 금지]

미국 노스웨스턴대 로렌조 갤런·존 로저스 교수팀은 8일 과학저널 '사이언스'(Science)에서 이식된 장기의 온도와 열전도도를 실시간 측정하는 이식형 센서를 신장 이식 쥐 모델에 삽입, 염증 발생 여부를 측정한 결과 신장 기능 생체지표보다 2~3주 일찍 실패 징후를 포착할 수 있었다고 밝혔다.

갤런 교수는 "많은 환자가 자기 몸이 이식된 장기를 거부하는지 알지 못해 불안해하며 생활한다"며 "이번에 개발한 장치로 지속해서 거부 반응 여부를 관찰하면 환자들이 안심과 마음의 평안을 얻을 수 있을 것"이라고 말했다.

신장 이식은 말기 신장 질환 환자의 생명을 구할 수 있는 사실상 유일한 방법이지만 이식 후 생존율을 높이는 것은 여전히 어려운 과제다. 장기에 대한 거부반응은 이식 직후는 물론 수십 년 후에도 나타날 수 있다.

신장 이식 거부 반응을 초기 단계에 발견하면 대응이 가능하지만 조기에 발견하기는 어렵다. 장기 생체검사나 혈액·소변 검사 등이 사용되지만 수술이 필요하거나 지속적이지 못하고 부정확하며 거부 징후 발견에 긴 시간이 걸리는 등 많은 문제가 있다.

신장 이식 쥐 모델에 생체전자 센서 시스템을 이식한 그림 [Janet Sinn-Hanlon, iLearning@VetMed, UIUC 제공. 재판매 및 DB 금지]

연구팀은 이 연구에서 이식 거부 반응의 시작 또는 초기 단계를 감지하는 신뢰할 수 있는 비침습적 기술 개발을 위해 이식 수술을 할 때 신장 표면에 삽입해 온도와 열전도도를 측정할 수 있는 초소형 생체전자 센서를 만들었다.

일반적으로 온도 상승은 염증을 동반하기 때문에 비정상적인 온도 상승과 이례적인 온도 변화를 감지하면 이식 거부 반응에 대한 조기 경고 신호를 얻을 수 있다고 연구팀은 설명했다.

신축성 소재로 만든 이 생체전자 센서는 가로 0.3㎝, 세로 0.7㎝, 두께 220㎛로 손톱보다 작고 머리카락 정도로 얇은 초박형이다.

이 센서는 신장을 감싸고 있는 신피막(腎被膜·renal capsule)과 신장 사이에 이식돼 신장 염증과 관류의 지표로 사용되는 온도와 열전도도를 실시간으로 측정, 수형 무선 통신 모듈을 통해 스마트폰 등으로 전송한다.

손가락 위의 초소형 이식형 온도·열전도도 측정 생체전자 센서 [Northwestern University 제공.재판매 및 DB금지]

연구팀은 신장 이식 쥐 모델에 센서를 삽입하고 관찰하는 실험에서 이식된 신장이 거부 반응을 일으키기 전 온도가 0.6℃ 상승하는 현상을 발견했다.

연구팀은 센서 측정 정보를 통해 거부반응이 시작되는 것을 면역 억제 치료를 받지 않은 동물의 경우 혈액 생체지표가 나타나기 약 3일 전, 면역 억제 치료를 받은 동물은 약 2~3주 전에 발견할 수 있었다고 밝혔다.

로저스 교수는 "거부반응을 조기에 발견하면 의사는 거부반응 방지 요법으로 환자 건강을 개선하고 기증된 장기를 잃는 것을 막을 수 있다"며 "거부반응을 무시하면 이식된 장기를 잃고 물론 최악의 경우 생명을 위협받을 수 있다"고 말했다.

연구팀은 앞으로 이 센서 시스템을 더 큰 동물 모델에서 실험하고 한번 이식으로 평생 사용할 수 있는 충전시스템을 모색할 계획이라며 이 시스템을 신장 외에도 간과 폐 등 다른 장기이식에도 적용할 수 있을 것이라고 밝혔다.

파리-사클라이대 모하마드 자이단 교수와 파디 라키스 교수는 함께 게재된 논평(Perspective)에서 "이런 장치를 이식할 때 동반될 수 있는 이물질 반응을 고려하는 것도 중요하다"며 "장치 삽입으로 인한 혈관 섬유화 등으로 장기간 사용에 제한이 있을 수 있다"고 지적했다.

하지만 "이 시스템에는 극복해야 할 몇 가지 장애물들이 남아 있지만 지속적인 모니터링을 임상 진료에 통합하는 것은 환자 맞춤형 장기이식 치료를 향한 중요한 진전이 될 수 있다"고 덧붙였다.

◆ 논문 출처 : Science, Surabhi Madhvapathy et al. 'Implantable bioelectronic systems for early detection of kidney transplant rejection' https://doi.org/10.1126/science.adh7726

Science, Mohamad Zaidan et al. 'Tracking kidney transplant fitness' https://doi.org/10.1126/science.adj9517

scitech@yna.co.kr

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