- 완전 무선의 광역학 항암 치료 및 연속적 종양 크기 모니터링 시스템 세계 최초 개발
- 마이크로LED와 광트랜지스터를 활용해 항암 치료 및 진단의 새로운 패러다임 제시
- 논문, SCI급 저명 국제학술지 ‘npj flexible electronics' 게재
[위즈뉴스] 국내 연구진이 빛을 활용해 암을 치료하는 광역학 항암치료 기술을 세계 최초로 개발했다.
연세대는 26일, 전기전자공학과 유기준 교수 연구팀이 광역학 항암 치료 원리와 종양 크기에 따른 빛의 산란을 이용한 ‘완전 무선의 광역학 항암 치료 및 연속적 종양 크기 모니터링 시스템’을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 KIST 정영미 박사 연구팀 및 GIST 송영민 교수 연구팀과 협업으로 진행됐다.
광역학치료(Photodynamic Therapy)란 빛과 빛에 반응하여 활성산소(Reactive Oxygen Species, ROS)를 배출하는 광감작제 약물을 이용하여 암세포를 선택적으로 파괴하는 치료 방법을 말한다.
연구팀은 "이를 통해 암을 효과적으로 치료하고 환자들의 불편함 없이 진단할 수 있는 발판이 마련됐다"고 밝혔다.
이번 연구 성과를 담은 논문은 국제 전자공학 분야의 SCI급 저명 국제학술지 ‘npj 플렉서블 일렉트로닉스(npj Flexible Electronics, IF=14.6)’ 8월 28일자에 게재됐다.
논문명은 'Fully implantable and battery-free wireless optoelectronic system for modulable cancer therapy and real-time monitoring'이며, 연세대 유기준 교수와 KIST 정영미 박사, GIST 송영민 교수가 공동 교신저자로, KIST 김태희 연구원이 제1저자로, 연세대 김기호 연구원과 민인식 연구원이 주저자로 참여했다.
"이번 연구는 암 치료 및 진단의 새로운 패러다임을 제시하는 기술"
연구팀의 유기준 교수는 “항암 치료와 종양 크기를 진단하는 것은 매우 중요하지만, 현재 기술은 고통을 동반하고 값비싼 장비를 이용해야 하며 치료와 동시에 연속적인 모니터링이 불가능했다"면서 "이번 연구는 암 치료 및 진단의 새로운 패러다임을 제시하는 기술로, 관련 분야 사회 문제 해결과 의료 산업에 큰 파급 효과를 미칠 것”이라고 연구 의의를 말했다.
국제 통계에 따르면, 전 세계 암 사망자 수는 수십 년 동안 꾸준히 증가해 2020년 약 1천만 명에 달했다. 암 사망자 수 증가에 따라 암 치료법 또한 부작용을 줄이고, 암 진행 모니터링 성능을 개선하는 방향으로 발전을 거듭해 왔다.
전통적인 암 치료법인 종양 절제술, 방사선 치료, 화학 요법은 암을 치료하는데 효과적이지만 장기기능 손실, 구토 등 부작용 및 후유증으로 인해 환자의 몸에 큰 부담을 주는 것으로 알려졌다.
이러한 문제점을 극복한 최첨단 치료법인 광역학 치료는 광 반응성 약물인 광감작제를 주입해 비수술적으로 종양 조직을 선택적으로 파괴해 기존 암 치료법의 문제점 해결했다. 반면 장비의 거대함과 높은 가격으로 인해 치료의 접근성과 이동성이 떨어지는 단점을 가진다.
또 항암 치료 시, 치료법 외에 치료 효과성을 평가하고 향상시키기 위해 암 진행 상태를 모니터링 하는 것도 중요한 부분으로 꼽힌다. 이는 전산화 단층 촬영(CT) 스캔 또는 생체발광과 같은 영상 검사를 통해 주로 이루어지지만, 이러한 기술은 장기간 모니터링에 좋은 시간 해상도(Time Resolution)를 달성하기 어렵고, 자원 집약적이며 비용이 많이 드는 문제가 있다. 이에 따라 기존의 모니터링 기술을 사용해 많은 환자들에 대해 영상 촬영을 하거나 자주 측정하는 것엔 어려움이 있다.
이번 연구에서는 기존 광역학 치료의 단점 해결과 암 진행 상태를 모니터링하기 위해 종양 내부로부터 효과적으로 빛을 전달하고, 마이크로LED에서 발생하는 열을 암 치료에만 작용하도록 해 주변 정상 조직에 영향을 주지 않는 디바이스를 설계했다.
또 디바이스 내 광트랜지스터를 통해 종양 내부에서 산란된 빛의 양을 측정해 종양 크기의 변화를 실시간으로 측정할 수 있도록 했다. 이를 위해 마이크로LED의 강도를 무선으로 조절하고, 광트랜지스터의 측정값을 기록하기 위해 사용자 측에서 데이터 전송 및 수신을 위한 맞춤형 스마트폰 응용 프로그램도 개발했다.
연구팀은 동물 실험을 통해 시스템의 체내 안정성과 뛰어난 암 치료 효능, 종양 크기변화 모니터링 성능을 확인했다.
연구팀은 "이번 연구는 효과적인 암 치료 및 진단을 위한 의학 연구에 획기적인 발전을 이뤘다는 평가를 받는다"면서 "연구진이 창출한 혁신적인 시스템은 감염의 위험성을 감소시키며, 암 치료와 진단을 동시에 손쉽게 수행함으로써 환자의 안락함을 높였다"고 밝혔다.
연구팀은 이어 "이러한 기술은 학술적이며 사회적 차원에서 그 가치가 매우 크다"고 덧붙였다.
