림프부종은 림프절과 림프관을 따라 흐르던 림프액이 세포와 세포 사이인 '사이질'로 빠져나가 고이면서 부종을 일으켜 생기는 질병이다. 유방암 수술 시 혹시 모를 전이 위험을 줄이기 위해 암과 주변 림프절을 함께 절제한다. 이 경우 림프액 순환이 원활하지 않게 돼 수술 후 후유증으로 팔이 붓는 림프부종이 나타날 수 있다. 많은 유방암 환자들이 림프부종이 이미 진행돼 팔이 붓는 증상을 느낀 후에 병원을 찾는데, 림프부종 위험을 조기에 발견할 수 있는 검사법이 개발됐다. 서울아산병원 재활의학과 전재용·성형외과 서현석·의공학연구소 천화영 박사 연구팀은 림프액의 정상적인 순환 여부를 쉽게 파악할 수 있는 '림프 동역학 검사법'을 개발했다고 9일 밝혔다. 림프 동역학 검사법은 형광 림프 조영제를 체내로 주입해 림프관으로 들어간 형광 조영제가 림프관 마디 수축 시 림프액과 함께 다음 마디로 이동하는 패턴을 광학적 측정 장비로 측정하고 심전도 검사처럼 그래프로 신호화해 나타낸다. 림프액 흐름이 정상적이라면 림프 수축 및 형광 조영제 이동 패턴 역시 일정한 규칙성을 보이고 림프액 흐름이 막혀있다면 림프 수축 및 형광 조영제 이동 패턴도 불규칙해지는 것이다. 유방암 수술 후유증으로 림프부종이 나타난 환자들은 팔이 붓고 땡땡해지는 증상을 느낀 후 병원을 찾는 경우가 많다. 림프부종이 심하면 미용적인 측면뿐만 아니라 신체 기능에도 영향을 줘 일상생활이 힘들어져 최대한 조기에 치료하는 것이 중요하다. 다만 증상이 나타나기 전에는 림프액이 정상적으로 순환하고 있는지 선제적으로 조기에 검사할 수 있는 방법은 없었다. 연구팀은 소동물의 오른쪽 겨드랑이 부위 림프절을 절제해, 수술로 림프절까지 절제한 유방암 환자들과 비슷한 조건을 만들었다. 이후 형광 림프관 조영제를 소동물의 왼쪽, 오른쪽 상지(팔)에 각각 주입하고 조영제 흐름을 광학적 측정 장비로 측정해 의공학적 기술로 분석해 그래프로 신호화했다. 그 결과 모든 소동물의 정상 쪽인 왼쪽의 림프액 흐름 신호 그래프는 일정한 주기와 파형을 나타냈다. 하지만 림프액 흐름이 막힌 오른쪽의 림프액 흐름 신호 그래프는 규칙성이 존재하지 않았다. 또 실제 림프절을 절제한 겨드랑이 부위로부터 멀리 떨어진 손목 부위에서 측정해도 동일하게 규칙성이 없는 신호 그래프를 확인할 수 있어 상대적으로 측정 지점에 유연하게 높은 정확도를 보였다. 전 교수는 "유방암 수술 후 림프부종 때문에 삶의 질이 크게 떨어지는 환자들이 많다"며 "'림프 동역학 검사법'이 임상 시험을 거쳐 실제 환자들에게 적용되면 특별한 증상이 없는 림프액 순환 장애 초기 단계도 발견이 가능해 부종이 더 진행되는 것을 조기에 막을 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다. 서 교수는 "현재 가장 대표적인 림프액 순환 장애로 생기는 질환이 림프부종인데 최근 치매, 비만, 소화기관 염증, 심근염, 녹내장과 같은 다양한 질환과도 관련이 있다는 연구 결과들이 발표되고 있다"며 "아직 많은 연구가 필요하지만 이 질환들과 림프 순환 장애의 연관성에 대한 연구에서 중요한 역할을 할 수 있을 것"이라고 설명했다. 강규민 기자

[파이낸셜뉴스] 림프부종은 림프절과 림프관을 따라 흐르던 림프액이 세포와 세포 사이인 '사이질'로 빠져나가 고이면서 부종을 일으켜 생기는 질병이다. 유방암 수술 시 혹시 모를 전이 위험을 줄이기 위해 암과 주변 림프절을 함께 절제한다. 이 경우 림프액 순환이 원활하지 않게 돼 수술 후 후유증으로 팔이 붓는 림프부종이 나타날 수 있다. 많은 유방암 환자들이 림프부종이 이미 진행돼 팔이 붓는 증상을 느낀 후에 병원을 찾는데, 림프부종 위험을 조기에 발견할 수 있는 검사법이 개발됐다. 서울아산병원 재활의학과 전재용·성형외과 서현석·의공학연구소 천화영 박사 연구팀은 림프액의 정상적인 순환 여부를 쉽게 파악할 수 있는 ‘림프 동역학 검사법’을 개발했다고 9일 밝혔다. 림프 동역학 검사법은 형광 림프 조영제를 체내로 주입해 림프관으로 들어간 형광 조영제가 림프관 마디 수축 시 림프액과 함께 다음 마디로 이동하는 패턴을 광학적 측정 장비로 측정하고 심전도 검사처럼 그래프로 신호화해 나타낸다.  림프액 흐름이 정상적이라면 림프 수축 및 형광 조영제 이동 패턴 역시 일정한 규칙성을 보이고 림프액 흐름이 막혀있다면 림프 수축 및 형광 조영제 이동 패턴도 불규칙해지는 것이다. 유방암 수술 후유증으로 림프부종이 나타난 환자들은 팔이 붓고 땡땡해지는 증상을 느낀 후 병원을 찾는 경우가 많다. 림프부종이 심하면 미용적인 측면뿐만 아니라 신체 기능에도 영향을 줘 일상생활이 힘들어져 최대한 조기에 치료하는 것이 중요하다. 다만 증상이 나타나기 전에는 림프액이 정상적으로 순환하고 있는지 선제적으로 조기에 검사할 수 있는 방법은 없었다. 연구팀은 소동물의 오른쪽 겨드랑이 부위 림프절을 절제해, 수술로 림프절까지 절제한 유방암 환자들과 비슷한 조건을 만들었다. 이후 형광 림프관 조영제를 소동물의 왼쪽, 오른쪽 상지(팔)에 각각 주입하고 조영제 흐름을 광학적 측정 장비로 측정해 의공학적 기술로 분석해 그래프로 신호화했다. 그 결과 모든 소동물의 정상 쪽인 왼쪽의 림프액 흐름 신호 그래프는 일정한 주기와 파형을 나타냈다. 하지만 림프액 흐름이 막힌 오른쪽의 림프액 흐름 신호 그래프는 규칙성이 존재하지 않았다. 또 실제 림프절을 절제한 겨드랑이 부위로부터 멀리 떨어진 손목 부위에서 측정해도 동일하게 규칙성이 없는 신호 그래프를 확인할 수 있어 상대적으로 측정 지점에 유연하게 높은 정확도를 보였다. 전 교수는 “유방암 수술 후 림프부종 때문에 삶의 질이 크게 떨어지는 환자들이 많다"며 "‘림프 동역학 검사법’이 임상 시험을 거쳐 실제 환자들에게 적용되면 특별한 증상이 없는 림프액 순환 장애 초기 단계도 발견이 가능해 부종이 더 진행되는 것을 조기에 막을 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다. 서 교수는 “현재 가장 대표적인 림프액 순환 장애로 생기는 질환이 림프부종인데 최근 치매, 비만, 소화기관 염증, 심근염, 녹내장과 같은 다양한 질환과도 관련이 있다는 연구 결과들이 발표되고 있다”며 “아직 많은 연구가 필요하지만 이 질환들과 림프 순환 장애의 연관성에 대한 연구에서 중요한 역할을 할 수 있을 것”이라고 설명했다. camila@fnnews.com 강규민 기자

[파이낸셜뉴스] 가천대 길병원 의료진이 육안으로 구별하기 어려운 미세한 림프절을 찾고 분리하기 위한 수술 로봇을 국내 최초로 개발했다. 림프절 관찰 수술 로봇 개발로 암 환자에서 전이암의 주요 인자인 림프절의 절제 등에서 효율을 극대화할 수 있을 것으로 기대된다. 가천대 길병원 외과 이원석, 의료기기융합센터 김광기 교수팀은 ‘형광 조영유도 하 림프절 관찰용 수술 로봇’을 개발, 특허를 획득하고, ‘검체 내 림프절 형광 발현 모니터링 시스템’을 개발했다고 7일 전했다. 이 시스템은 소화기 암의 외과적 절제를 통해 채취한 검체에서 림프절을 실시간으로 판별하고, 미세한 림프절도 효과적으로 발견할 수 있는 것이 특징이다. ‘림프절’은 암 진단과 치료 시 종양세포만큼 중요하다. 우선 암의 병기를 결정하기 위한 TNM 분류(국제임상병기분류법)를 위한 조직학적 검사에서 림프절 수는 중요한 요인이다. TNM 분류는 암의 치료, 예후 판정에 있어 중요한 지표이다. 이때 검사된 림프절 수가 적으면 림프절 전이여부의 발견이 누락돼 병기가 낮아지는 ‘다운스테이징’이 발생한다. 따라서 TNM 분류 시 최소 12개의 림프절 검사를 권고한다. 하지만 림프절은 그 크기가 다양해 육안적 구분이 쉽지않고, 환자의 지방 분포도에 따라 찾기가 어렵다. 이원석 가천대 길병원 외과 교수는 “기존의 림프절 수기 촉진법과 수술 현미경의 단점을 보완해, 시간이 덜 소요되고 의료진의 숙련도에 의존하지 않는 효율적이고 보편적인 림프절 채취 방법이 필요하다”며 “이를 위해 소화기 암의 림프절의 실시간 구분 관찰이 가능한 형광 조영 유도 하 현미경 로봇을 개발하게 됐다”고 말했다. 림프절 관찰용 수술 로봇은 수술 중 채취한 검체의 혈관 내 형광 조영제 주입을 통해 수술실에서 림프절을 실시간으로 관찰하고, 이 모든 과정을 동영상으로 촬영, 녹화해 모니터링이 가능하다. 또한 외부 모니터링 시 영상 확대 및 축소를 통해 검체 전체와 접사 촬영이 가능해 보다 섬세한 작업이 용이하고, 형광물질을 이용해 미세한 림프절도 효과적으로 발견할 수 있다. 이 외에도 △원발 종양을 기준으로 림프절 측정거리의 표준화 △고품질의 림프절 세포를 채취해 다중오믹스 분석을 위한 검체로 활용 기대 등의 효과도 이 시스템의 장점이다. 이원석 교수는 “이번 시스템은 국산 기술인만큼 값비싼 외국 기술을 대체함은 물론 우리나라 의료기관의 기술 경쟁력 강화를 이루고, 우수성을 알리는데 기여할 것으로 기대된다”며 “향후 대량 생산 체계를 갖추면 성능과 가격 모두 세계적 경쟁력을 갖춰, 국제적 경쟁력을 갖추게될 것”이라고 말했다. camila@fnnews.com 강규민 기자

[파이낸셜뉴스] 한국전자통신연구원(ETRI) 송동훈 박사팀이 형광물질이나 조영제 없이도 암이나 종양을 조기진단할 수 있는 레이저 현미경을 개발했다. 이 현미경은 반도체 다이오드와 레이저를 결합해 실시간으로 세포 속 물질을 들여다 볼 수 있다. 송동훈 박사는 19일 "부품을 최소화하고 핵심 기술을 국산화해 외국산 현미경 가격보다 10분의 1 수준으로 낮출 수 있다"고 말했다. 연구진은 현미경이 상용제품으로 개발될 경우 노트북 2배 수준의 크기가 될 것으로 보고 있다. 또한 이 영상기술을 내시경으로도 전환하기 위해 준비중이다. 현재 빠른 기술사업화를 위해 연구소기업 '블루타일랩'에 기술 출자를 진행했다. 충남대병원 병리과 여민경 교수도 "이 기술은 종양의 조기진단 뿐만아니라, 질환의 원인 분석, 신약 분석 등 다양한 의료현장에 활용돼 미래 의료서비스의 질을 높일 수 있을 것"이라고 전망했다. 이 현미경에 적용된 실시간 '라만 분자 진동 영상기술(CARS·카스)'은 들여다보고자 하는 물질에 서로 다른 두개의 레이저 빛을 쪼여 찾고 있는 분자의 빛 주파수 차이를 볼 수 있는 기술을 말한다. 그동안 암을 비롯한 각종 질병 진단을 위한 CT와 MRI는 비정상적 병변조직이 발병된 이후에 활용했다. 이 카스(CARS) 현미경은 암이 발생하기 이전에 조기진단이 가능하다. 또 형광물질 염색 없이도 세포조직 내 암으로 발전할 특정물질의 분자 상태를 영상으로 볼 수 있다. 즉, 이 기술이 적용된 현미경으로 샘플을 관찰하면 정상조직인지 암조직인지 쉽게 알 수 있다. 외국산 CARS 현미경은 성능이 뛰어나지만 두 대의 레이저로 구성돼 가격이 10억원을 넘고 크기도 책상 두개정도다. 반면, 연구진이 개발한 현미경은 수백만 원대의 레이저 기술 개발로 상용화 가격을 10% 이내로 낮추고 레이저도 한 대로 해결해 크기를 기존 절반 이하로 줄였다. 연구진은 "현재 상용화 개발중에 있으며, 노트북 두 배 정도의 크기로 줄일 수 있다"고 설명했다. 또한 영상 해석 속도도 외국산 장비보다 빠르다. 1024 x 1024 픽셀 해상도에서 초당 7.5프레임 스캔 속도를 내 외산기술의 512 x 512 픽셀, 초당 2∼3 프레임보다 4배 더 높은 해상도와 최대 4배 가까이 영상해석이 빠르다. 즉, 1초에 7.5장의 영상송출이 가능해 실시간 샘플을 즉시 볼 수 있고 끊김 없는 영상분석이 가능한 수준이다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 포항공과대학교(POSTECH)는 국내 공동연구진이 초음파 검사 한 번만으로 안질환, 종양은 물론 몸속 환경을 들여다볼 수 있는 '4중 융합 영상 시스템'이 세계 최초로 개발했다고 9일 밝혔다. 연구진은 4중 융합 영상 시스템이 안과 질환이나 종양 영상 진단은 물론 헬스케어나 의료 분야, 모바일, 자동차, 로봇, 비파괴검사 등 초음파와 광학 센서가 쓰이는 다양한 산업 분야에서도 광범위하게 사용될 것이라고 전망했다. 연구진은 레이저가 통과할 수 있는 투명한 초음파 트랜스튜서를 개발했다. 연구진이 개발한 투명 초음파 트랜스듀서는 세계 최초로 하나의 영상 시스템에서 초음파, 광음향, 광간섭, 형광의 4중 융합 영상을 얻을 수 있다. 연구진은 실제 투명 초음파 트랜스듀서가 결합된 4중 융합 영상 시스템을 안과용 영상 진단기기에 접목해 생쥐를 관찰했다. 그 결과, 쥐 눈의 생체 내 화학적 화상 및 봉합사로 인한 각막 신생 혈관, 구조적 변화, 백내장, 염증 등 여러 가지 역학적 변화를 종합적으로 확인할 수 있었다. 또 종양 영상 진단기기로 활용할 경우, 흑색종에 걸린 쥐를 촬영한 결과 조영제 없이 흑생종, 주변 혈관의 산소포화도, 그리고 조직을 다양하게 시각화할 수 있었다. 이와함께 분자 영상이 가능해 유방암에 걸린 쥐에 인체에 무해한 조영제를 주사한 후 다양한 영상을 획득하고 관찰해 유방암도 진단할 수 있었다. 이번 개발은 POSTECH 전기전자공학과·IT융합공학과·기계공학과 김철홍 교수·박별리 박사·시스템생명공학부 통합과정 박정우씨 연구팀과 IT융합공학과 김형함 교수, 신소재공학과 정운룡 교수, 경북대 의과대학 김홍균 교수와의 공동연구를 통해 이뤄졌다. 이번 연구결과는 세계적 권위지 '미국립과학원회보(PNAS)'에 지난 8일 게재됐다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 조영제 없이도 생체 내부를 촬영해 질병을 모니터링 할 수 있는 기술을 개발했다. 연구진은 이 기술로 치매는 물론 기타 여러 질병의 진행 정도를 실시간 모니터링 하는데 사용할 수 있다고 설명했다. 한국과학기술연구원(KIST)은 센서시스템연구센터 서민아 박사 연구팀이 테라헤르츠(㎔=1조㎐) 전자기파를 이용해 생체 내부의 물질을 들여다 볼 수 있는 기술을 개발했다고 1일 밝혔다. 연구진은 이 기술로 치매 생쥐의 뇌에서 치매 원인 물질인 '아밀로이드 플라크' 단백질을 모니터링했다. 연구진은 테라헤르츠파가 분자들의 상태에 민감해 아밀로이드 단백질이 축적된 양까지도 정량적 분석에 성공했다. 기존 영상 진단 방법에서는 영상의 명암 차이를 통한 상대적 비교만 할 수 있을 뿐이다. 서민아 박사는 "인체 내 암조직 등을 조영제 없이 선명한 경계면을 확인하는 영상기술로도 활용할 수 있을 것"이라고 말했다. 테라헤르츠 전자기파는 X레이나 방사선처럼 생체조직을 변형시키지 않는 장점이 있다. 또 별도의 조영제 없이도 생체 내부를 관찰할 수 있다. 하지만 테라헤르츠파는 파장이 길어 매우 작거나 극미량의 물질은 관찰하기 어렵다. 또 생체 내 수분에 흡수돼 사라져 관찰한 정보를 수집할 수 없다는 단점이 있다. 연구진은 테라헤르츠파의 단점을 극복하기위해 새로운 메타물질을 개발했다. 메타물질을 활용해 대상 물질의 광학적 특성을 바꾸면 특정 파장에서 금속을 플라스틱처럼 보이게 할 수도 있고, 눈에 보이지 않도록 할 수도 있다. 이 메타물질이 테라헤르츠파의 민감도를 높이고, 생체 내부의 물과 만나 흡수되지 않도록 수분과 만날경우 그 경계면에서 반사돼 돌아오도록 했다. 그 결과, 기존 테라헤르츠파 기술로 영상화가 어려운 극미량의 생체 조직의 선명한 영상을 촬영했다. 형광물질이나 방사성동위원소와 같은 조영제를 사용하지 않고도 기존 영상장치와 유사한 수준의 영상을 얻을 수 있게 된 것이다. 이번 연구결과는 분석화학 분야 국제학술지인 '바이오센서&바이오일렉트로닉스' 최신호에 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 형광물질을 이용해 폐암조직만 정확히 찾아낼 수 있는 기법을 개발했다. 연구진이 개발한 기법은 혈관이 아닌 호흡기로 흡입하는 방식으로 형광조영제를 20분의 1만 사용하고도 2배 이상 정확하게 찾아낼 수 있다. 아직 동물과 폐암조직 실험에 그쳤지만 폐암수술때 이 기법을 이용한다면 폐 절제 범위를 최소화할 수 있을 것으로 보인다. 한국연구재단은 고려대학교 구로병원 김현구 교수와 KAIST 바이오및뇌공학과 박지호 교수 연구팀이 폐암 조직을 정확하게 찾아낼 수 있는 새로운 폐암 탐색기법을 개발했다고 21일 밝혔다. 연구진은 간기능 검사나 혈관조영술에 쓰이는 형광조영제 '인도시아닌 그린'을 폐에서 암 부위를 구분하는데 사용했다. 생쥐와 토끼에 흡입기를 통해 형광조영제를 흡입토록 했다. 동물 실험 결과 폐포 구조가 파괴된 암조직에는 형광물질이 흡수되지 않았고 정상폐포에만 형광색을 띄었다. 이는 정상폐와 암조직의 형광강도 차이가 혈관에 투여했을 때보다 2배 더 정확하게 경계면 확인이 가능했다. 사람 폐암 조직의 경계면을 형광 현미경으로 관찰해 흡입방식의 탐색 효율도 확인했다. 연구진은 "흡입방식으로 변경하면 폐에 대한 선택성을 높여 형광조영제 사용량을 20배 줄일 수 있다"고 설명했다. 또 혈관을 타고 퍼지지 않아 다른 장기에 영향을 최소화할 수 있다. 뿐만 아니라 흡입후 10분부터 24시간동안 폐암조직을 확인할 수 있어 수술하는데 편의성이 향상됐다. 연구진은 "다만 실제 임상적용을 위해서는 인도시아닌 그린을 흡입한 경우의 독성에 관한 후속연구가 필요하다"며 추가 연구를 진행할 계획이라고 밝혔다. 이번 연구결과는 미국의사협회가 발행하는 외과분야 최상위 국제 학술지 '자마 서저리(JAMA surgery)'에 6월 24일 게재됐다. 한편, 인도시아닌 그린은 혈관을 따라 퍼지면서 나중에는 장내 순환없이 간세포에 흡수되고 담즙으로 배설돼 간기능 검사용으로 FDA 승인을 받은 형광조영제다. 혈관에 주입하면 암 조직에 쌓인다. 이 경우 형광조영제를 많이 사용해 몸 전체로 퍼져 전신 부작용 우려가 있다. 또 암 조직에 축적되기까지 하루를 기다려야 한다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 인체에 이식된 줄기세포의 변화모습을 정밀하고 안전하게 추적할 수 있는 기술을 개발했다. 향후 이 기술을 이용해 줄기세포 치료제 개발과 효능을 예측하는 등 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 전망된다. 한국과학기술연구원(KIST) 테라그노시스연구단 김광명 박사팀은 동국대학교 일산병원 신경과 김동억 박사팀과 함께 인체에 이식한 줄기세포를 추적하는 신개념 줄기세포 표지 및 영상화 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 줄기세포를 이용하면 근육, 뼈, 장기, 뇌 등 어떤 손상 세포와 조직도 재생 가능하다. 하지만 인체에 이식한 줄기세포의 분화 과정을 적절히 제어하기 어렵다는 점이 한계다. 이 문제를 해결하기 위해서는 우선 줄기세포의 생존과 이동, 분포 등을 정확히 파악하는 방법이 필요한 것이다. 연구진이 개발한 기술은 생체 적합성이 높은 조영제 나노입자를 줄기세포에 결합시켜 장기간 형광영상과 자기공명영상(MRI)의 복합영상으로 모니터링 할 수 있는 기술이다. KIST 연구진은 줄기세포 표면에 안전하게 표지할 수 있는 화학수용체를 만드는 한편, 산화철 기반의 복합조영제 나노입자를 개발해 줄기세포의 영상신호를 극대화하는 고감도 복합영상 획득에 성공했다. 연구팀은 이 기술을 이용한 뇌졸중 동물모델 실험을 통해 근적외선 형광영상 및 MRI 영상을 통해 14일 간에 걸쳐 장기간 안정적으로 관찰할 수 있었다. 이는 새로 개발된 복합조영제 나노입자 및 줄기세포 표지기술이 줄기세포의 전분화능 손실과 세포 독성 발현을 최소화했기 때문에 가능한 것이다. KIST 김광명 박사는 "향후 뇌 질환용 줄기세포 치료제 개발과 효능 예측에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 전망된다"고 밝혔다. 한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 글로벌연구실사업 및 KIST 기관고유사업의 지원으로 수행됐으며, 관련 논문은 재료·화학 분야 세계적 권위의 학술지 'ACS 나노' 최신호에 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

【대전=김원준 기자】한국과학기술원(KAIST)는 생명화학공학과 김유천 교수 연구팀이 기존 광역학 치료제(PDT·PhotoDynamic Therapy)의 단점을 보완한 근적외선 형광물질 기반의 PDT를 개발했다.  노일구 박사과정이 1저자로 참여하고 바이오및뇌공학과 박지호 교수 연구팀이 공동으로 참여한 이번 연구 결과는, 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 올해 3월 25일자 표지논문에 게재됐다.  PDT는 약물이나 유전자가 아닌 빛을 이용하는 치료법으로 레이저를 특정부위에 쬐어 산소를 독성을 갖는 활성산소로 변화시켜 세포를 자가 사멸(apoptosis)로 유도하는 기술이다.  이 기술은 피부병 치료 등 일상에서도 많이 활용되는 치료법이다. 그러나 기존에 이용하는 PDT 조영제의 경우 낮은 효율을 가질 때 오히려 암세포의 유전변형이 발생해 치료효과 감소 등의 부작용이 나올 수 있다.  이에 따라 치료효과를 극대화하기 위해서는 원하는 위치에 많은 물질을 전달하는 것이 중요하며 이를 위해 세포 소기관인 미토콘드리아에 치료효과를 집중시키는 연구가 진행 중이다.  PDT 조영제로 인해 만들어진 활성산소는 미토콘드리아의 막을 공격해 세포 사멸을 일으킨다. 암세포의 미토콘드리아는 일반 세포와 비교했을 때 미토콘드리아 막의 전위 차이가 높아 양전하의 소수성 물질이 더 잘 투입되는 특성이 있다.  연구팀은 이러한 PDT 조영제 효과를 극대화하기 위해 미토콘드리아 타겟팅 그룹인 트리페닐포스포늄, PDT 증강제인 브롬화물, 용해도 증가를 위한 아민 그룹으로 구성된 물질을 개발했다.  연구팀은 이 기술을 종양이 이식된 실험용 쥐에 주입한 후 종양 부위에 빛을 조사해 항암효과를 유도했고 이를 분석했을 때 효과적으로 표적 치료가 이뤄지는 것을 확인했다.  이 물질은 근적외선 영역에서의 흡광 및 발광을 통한 662나노미터(nm) 영역 레이저를 사용한다. 이를 통해 기존 가시광선 조영제가 마이크로미터 수준의 깊이를 보였다면 연구팀의 기술은 밀리미터까지 투과성을 가지며 진단 때 가시광역 조영제 보다 100배 이상 감도가 우수한 특성을 갖고 있다고 밝혔다.  연구를 주도한 노일구 박사과정은 “암세포 미토콘드리아에 오래 머물러 있어 레이저를 조사했을 때 원하는 부분에만 부작용 없이 효과적인 치료가 가능하다는 장점이 있다”며 “치료 후 독성이 없이 분해돼 기존 조영제의 단점을 극복할 수 있을 것이다”고 말했다.  김유천 교수는 “기존에 이용되는 진단 및 치료제를 한 단계 더 발전시킨 새로운 플랫폼의 개발을 통해 부작용을 최소화하고 다양한 질병을 치료하는 데 유용하게 사용될 것으로 기대한다”고 말했다.  이번 연구는 글로벌프론티어 지원사업 ABC 바이오매스 사업단 및 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발지원사업을 통해 수행됐다. kwj5797@fnnews.com 김원준 기자

테라헤르츠 영상을 이용해 악성 뇌종양 중 가장 흔한 암인 뇌교종의 치료 성적을 높일 수 있는 것으로 나타났다. 연세대의대 연의-생공연메디컬융합 연구소 서진석·지영빈·오승재 교수, 신경외과 장종희·강석구 교수, 연세대 기계공학과 주철민 교수 연구팀은 뇌교종 수술에서 테라헤르츠 영상으로 뇌교종과 정상 뇌조직의 경계를 찾아내 뇌종양 진단의 정확도를 높이는 방법을 개발했다고 14일 밝혔다. 뇌교종은 뇌에 영양을 공급하는 신경교세포에서 발생하는 암으로 뇌 조직이 손상돼 마비, 언어장애, 의식저하, 경련 등의 증상을 유발한다. 또 뇌압이 상승해 두통이나 구토, 의식장애가 올 수 있다. 악성 뇌교종의 경우 평균 생존기간이 12~15개월로 보고될 만큼 예후가 좋지 않다. 외과적 수술을 통해 정상 뇌조직의 손상을 최소화하며 암을 완전히 제거하는 것이 최선이지만 정상 뇌조직과의 경계가 불분명하고 육안으로 구분이 힘들어 완전히 제거하는 것이 쉽지 않다. 최근 뇌교종 치료에서 뇌항법장치 시스템과 수술중 MRI, 특수조영제 형광영상 등을 이용해 수술 성공률을 높이고 있다. 하지만 조영제 사용에 따른 호흡곤란이나 쇼크, 심혈관 증상 등의 부작용과 함께 수술 중 실시간 측정이 어렵고 일부 뇌교종은 진단이 힘들다. 이런 문제로 테라헤르츠파를 이용한 진단이 대안으로 제시되고 있다. 테라헤르츠파는 빛의 직진성과 전자파의 투과성을 동시에 가진 독특한 전자기파로 X-레이에 비해 에너지가 낮아 인체에 해가 없다. 또 생체 구성성분에 민감히 반응하기 때문에 병리조직진단이나 분자연구, 농작물 재배 등에 적용하기 위한 연구가 진행 중이다. 의학분야에서도 유방암이나 피부암 진단에 활용하기 위해 연구를 하고 있다. 연구팀은 뇌교종 세포를 주입한 실험쥐 4마리에서 샘플을 체취한 뒤 테라헤르츠 의료영상을 촬영하고, 특수조영제를 이용한 의료영상과 조영제를 사용하지 않은 최신 광학 의료영상을 비교했다. 그 결과 테라헤르츠 의료영상이 뇌교종을 더 민감하게 검출했다. 또, 14명의 환자에서 체취한 뇌교종 검체를 테라헤르츠 의료영상으로 구분할 수 있는지에 대한 실험에서는 100% 뇌교종 검출에 성공했다. 실제 수술환경에서 테라헤르츠 의료영상의 사용가능성을 확인하기 위해 뇌교종 세포를 주입한 살아있는 실험쥐를 대상으로 같은 실험을 진행한 결과에서도 뇌교종을 진단할 수 있었다. 서진석 교수는 "수술 중 조영제 없이 실시간으로 뇌교종을 모두 확인할 수 있어 정상 뇌신경세포를 최대한 보호하고 뇌교종만 적출할 수 있는 새로운 방법을 제시하게 됐다"며 "동물실험과 인체 검체 실험, 생체 내 실험을 모두 거쳐 테라헤르츠 의료영상의 유효성을 검증했다"고 설명했다. 지영빈 박사는 "테라헤르츠 의료영상을 이용한 의료기기 개발 사례가 세계적으로 몇 건에 불과한 만큼 빠른 기술 선점으로 고부가가치를 창출하고 테라헤르츠 의료기기라는 신시장을 개척할 수 있는 발판을 마련했다"고 밝혔다. 연구팀은 '다중 광학 융합영상 기반 실시간으로 뇌종양을 진단하는 방법 및 장치' 특허를 출원했다. 또, 기술의 우수성을 인정받아 오는 24일 한국보건산업진흥원 주최 '보건의료 TLO 성과대전'에 초청받아 연구결과를 대표기술로 발표할 예정이다. 한편, 이번 연구는 임상의사와 기초의학자, 물리학자, 공학자가 참여한 다학제 연구로 세계적 과학저널인 네이처 출판그룹에서 발간하는 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 최신호에 게재됐다. pompom@fnnews.com 정명진 의학전문기자