외과적 클립으로 심장 리듬을 조절하기 위해 신체에 장착되는 심장박동기는 일반적으로 배터리가 내장된 전자 회로로 구성되며, 심장 근육에 고정된 리드(Lead)로 심장 자극을 일으킨다. 그러나 리드는 손상될 수 있으며, 조직에 손상을 입힐 수 있다. 심장박동기의 리드 위치는 장착 후에는 변경할 수 없으므로 다른 심장 부위에 접근하기 어렵다. 심장 수술 후 심장을 재시동하거나 부정맥을 조절할 때, 금속 전극이 사용된 일반적인 심장박동기는 조직에 손상을 입힐 수 있다.
우리 팀은 여러 심장 자극 영역을 정확하게 자극할 수 있는 무리드(Leadless)이자 유연한 심장박동기를 고안했다. 빛을 생체 전기로 변환하는 장치를 설계해보자. 인간털보보다 얇은 심장박동기는 광섬유와 실리콘 막으로 이루어져 있으며, Tian 연구실과 시카고 프릿커 분자 공학 대학 학교의 동료들이 연구해온 지 여러 년이 걸렸다.
일반적인 태양전지는 가능한 많은 에너지를 모으도록 설계되는 반면, 우리의 장치는 빛이 닿는 지점에서만 전기를 생성하도록 조정되어 심장박동을 정밀하게 조절할 수 있다. 이를 위해 빛을 포집하고 전기 현재를 포착할 수 있는 매우 작은 구멍의 층을 사용했다. 빛 활성화된 구멍에 노출된 심장 근육만이 자극된다.
우리의 장치는 매우 작고 가벼우므로 흉곽을 개방하지 않고도 장착할 수 있다. 우리는 쥐와 성인 돼지의 심장에 성공적으로 이식하여 다양한 심장 근육의 박동을 동기화시켰다. 돼지 심장은 인간 심장과 해부학적으로 유사하므로, 이 작업은 우리의 장치가 인간에게 확대 적용될 수 있는 잠재력을 보여준다.
우리 팀은 더 이상의 연구를 통해 인체에서의 장기적 효과와 내구성에 대한 이해를 증진시키고 있다. 심장박동기와 같은 응급 심장 질환 치료를 위해 우리의 기술이 최적으로 사용될 수 있다. 또한 의료 기기의 인체에 대한 장기간 노출에 대한 몸의 반응을 완전히 이해하지 못하고 있다. 임플란트 후 장치 주변에 연조직이 생성되면 감도가 감소할 수 있다. 우리는 장기적 이식 시에 반응 가능성을 감소시키기 위해 특수한 표면 처리 및 생체 반응 소재 코팅을 개발하고 있다.
우리는 장기간 이식과 각 환자에 맞게 장치를 맞춤화하기 위해 장치가 자연스럽게 분해되는 속도를 개선하고 있다. 또한 피부 아래에 무선 광발광 다이오드(LED)를 통합하여 장치와 광섬유를 연결하는 미착용형 심장박동기로의 호환 개선을 탐구하고 있다.
우리의 궁극적인 목표는 심장관리를 넘어 ‘광전기 요법’이라는 용어의 범위를 확대시키는 것이다. 이에는 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환을 치료하기 위한 신경자극, 신경기를 포함한다.
기사에 기반을 둔 FAQ 섹션:
Q: 심장박동기가 무엇인가요?
A: 심장박동기는 심장 리듬을 조절하기 위해 신체에 장착되는 장치로 배터리가 내장된 전자 회로로 구성되며, 심장 근육에 고정된 리드(Lead)로 심장 자극을 일으킨다.
Q: 무리드 심장박동기란 무엇인가요?
A: 무리드 심장박동기는 심장 자극을 정확하게 조절할 수 있는 리드가 없는 유연한 심장박동기입니다. 이 장치는 빛을 생체 전기로 변환하는 기술을 사용하여 심장을 자극합니다.
Q: 어떻게 빛을 이용하여 심장을 자극할 수 있나요?
A: 물리적으로 심장 근육에 빛을 포집하고 전기 현재를 포착할 수 있는 매우 작은 구멍의 층을 사용하여 빛이 닿는 지점에서만 전기를 생성합니다. 이를 통해 심장박동을 정밀하게 조절할 수 있습니다.
Q: 어떤 동물 실험을 진행했나요?
A: 팀은 쥐와 성인 돼지의 심장에 무리드 심장박동기를 성공적으로 이식하여 다양한 심장 근육의 박동을 동기화시켰습니다. 돼지 심장은 인간 심장과 해부학적으로 유사하므로, 이 작업은 인간에게 확대 적용될 수 있는 가능성을 보여줍니다.
Q: 장기적 효과와 내구성은 어떻게 연구되고 있나요?
A: 팀은 더 이상의 연구를 통해 인체에서의 장기적 효과와 내구성에 대한 이해를 증진시키고 있습니다. 또한 임플란트 후 장치 주변에 연조직이 생성되면 감도가 감소할 수 있으므로 이를 방지하기 위한 표면 처리 및 생체 반응 소재 코팅을 개발하고 있습니다.
Q: 이 기술은 어떤 의료 치료에 사용될 수 있나요?
A: 무리드 심장박동기와 같은 기술은 심장 질환 치료뿐만 아니라 다른 응급 심장 질환 치료에도 사용될 수 있습니다.
Q: 광전기 요법이 무엇인가요?
A: 광전기 요법은 심장관리를 넘어 신경퇴행성 질환을 포함한 다양한 질환을 치료하기 위해 광을 이용한 신경자극이나 신경기를 의미하는 용어입니다.
주요 용어 정의:
– 심장박동기: 심장 리듬을 조절하기 위해 신체에 장착되는 장치로 배터리가 내장된 전자 회로로 구성되며, 심장 근육에 고정된 리드로 심장 자극을 일으킨다.
– 무리드 심장박동기: 무리드 심장박동기는 심장 자극을 정확하게 조절할 수 있는 리드가 없는 유연한 심장박동기입니다.
관련 링크:
– 심장기계에 대한 건강 정보
– 심장질환 관련 정보