뇌에서 분해 가능한 '브레인센서' 개발
- 뇌손상 등 잠복기 갖는 질병의 뇌압ㆍ뇌 온도 측정에 기여 -

일정기간 뇌 안에서 뇌압과 뇌 온도를 측정한 후 녹아 사라지는 센서가 개발되었다.

고려대학교(총장 염재호)는 26일 KU-KIST 융합대학원 황석원 교수가 미국 일리노이대학교 강승균 박사와 공동연구를 통해 뇌 안에서 분해 가능한 뇌압·뇌 온도 측정 센서를 개발했다고 밝혔다. 워싱턴대 R. Murphy, 일리노이대 이승민 박사가 공동 1저자로 참여했다.


연구팀은 인체에 해롭지 않고, 생체 내에서 분해 및 흡수 가능한 물질로 이루어진 생분해성 전자소재로 이루어진 전자 시스템을 이용하여, 무선 형태로 일정기간 뇌압과 뇌 온도를 측정하고 뇌 안의 뇌 척수액에 의해 용해 ·분해 가능하도록 제작했다.

초박막 형태의 단결정 실리콘 (single-crystal silicon) 및 실리콘 옥사이드 (SiO2), 마그네슘 (Mg), 생분해성 폴리머 (PLGA; poly(lactic-co-glycolic acid))등으로 구성된 이 브레인 센서는, 모든 구성 물질들이 뇌척수액에 분해되어 뇌 안에 흡수될 수 있다. 수일 정도의 기간 동안 뇌압 및 뇌온도를 무선으로 측정 한 후, 자연적으로 분해되기 때문에 삽입된 센서를 제거하기 위한 2차 수술이 필요 없다.

* 생분해성 : 물질이 생체 내에 있는 혈액을 비롯하여 다양한 영양분, 조직과 기관 내에서 분해될 수 있는 성질
* 뇌척수액 : 뇌실 및 척추의 중심관을 채우고 있는 액체
* 뇌압 : 뇌 안의 뇌척수액의 압력


현재까지의 기술은 수일 동안의 뇌압 측정이 끝난 후에 부가적인 수술로 뇌압 센서를 제거해야하는 큰 단점이 있으며, 추가 수술에 따른 감염 및 부작용의 우려가 있었다. 또한, 무선형태가 아닌 유선형태로 사용되었기 때문에 환자의 움직임 및 활동 범위가 제한되었다. 생분해성 뇌압센서는 사용 후 체내에서 용해되는 큰 장점으로 인해, 센서를 제거하기 위한 추가 수술이 필요 없을 뿐만 아니라 무선기술과의 접합을 통해 뇌압을 관찰하는 동안에도 일상생활을 그대로 할 수 있다.

특히, 중단기적으로 뇌압을 관찰해야하는 외상성 손상(traumatic injury)과 수두증 같은 증상을 조기에 발견하고 진단하는데 직접적인 활용이 예상되며 수술에 대한 환자들의 부담을 경감하여줄 것으로 기대된다.

* 수두증 : 뇌실 (두뇌 내부)에 수액이 지나치게 많이 괴어 확대된 상태로, 어린아이의 경우 머리의 둘레가 커지고 지능이나 운동 발달이 늦어지며 호흡 곤란, 전신 경련, 의식 장애가 일어나기도 함

외상성 손상은 사고 직후에 징후가 바로 나타나지 않고 약 일주일까지의 잠복기를 갖는 경우가 많으며, 정확한 진단을 위해서는 뇌압센서를 뇌에 삽입하여 지속적으로 모니터링 해야한다. 대부분의 경우, 수술에 대한 부담으로 환자들이 진단, 수술을 거부하는 사례가 많으며 이로 인해 잠복기간 동안 출혈이 심화되어 사망에 이르는 경우가 많다.

이번 개발로 센서 제거를 위한 2차 수술이 필요 없을 뿐 아니라 수술로 인한 위험부담을 낮출 수 있다. 또한 무선 기술과 통합시스템을 구축해, 뇌압, 뇌온도를 측정하는 동안 일상생활에 지장이 없게 되었다. 기존 유선 형태로 인해 환자가 활동상 제한을 받던 불편을 극복하는 계기를 마련했다. 크기도 1 mm X 2 mm X 0.1 mm 수준으로 매우 작다.

강승균 박사는 "다양한 형태의 전자장치를 생체 흡수가 가능하도록 구현하는 연구를 수행하고 있어 앞으로 의료기기 개발의 패러다임에 새로운 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대한다."고 밝혔다.

황석원 교수는 "이번 연구결과는 생분해성 전자 소자를 바탕으로 하는 공학 기술과 의학적 치료·연구의 융합을 통하여 다양한 급성 및 만성질환을 치료할 수 있는 기술이 될 것"이라고 기대를 나타냈다.

이번 연구결과는 세계적 권위의 과학저널 '네이쳐(Nature)' 1월 19일자 온라인 판에 게재되었다.