△ 신개념 의료기기 기술이 잇따라 개발되고 있다.

국내에서 차세대 의료기기 기술을 잇따라 개발해 상용화 기대감을 높이고 있다.

1일 의학계 등에 따르면 국내 연구진이 시력 교정용 콘택트렌즈, 췌장암만 정밀 제거 하는 3차원 마이크로 LED, 뇌세포의 화학·전기신호 파악하는 무선 초소형 임플란트 등을 개발하는데 성공했다.

연세대 세브란스병원 안과 김태임 교수는 최근 POSTECH(포항공과대학교) 신소재공학과 한세광 교수, 부산대 유기소재시스템공학과 김기수 교수와 함께 각막을 손상시키지 않으면서 환자의 통증과 감염 위험을 크게 줄일 수 있는 원추각막 치료 및 시력교정 플랫폼을 개발했다.

이 기술의 핵심은 '빛을 바꾸는 렌즈'와 '각막 투과 광염료' 두 가지다. 

먼저 근적외선 같은 인체에 비교적 안전한 낮은 에너지의 빛을 받아 자외선·청색광으로 바꾸는 상향변환 나노입자를 설계했다.

이 나노입자를 의료용 실리콘으로 만든 콘택트렌즈 안에 균일하게 집어넣어 렌즈 자체가 작은 광원처럼 빛을 내도록 만들었다.

해당 렌즈는 가시광선 투과율이 88.7%에 달해 일반 시야 확보에도 무리가 없다.

겉으로는 평범한 렌즈지만 근적외선이 들어오면 렌즈 안에서 자외선·청색광 등 필요한 빛만 골라 보내는 '빛 필터이자 빛을 만들어 내는 작은 공장'의 역할을 한다.

연구팀은 안구 표면에 접착력이 우수한 생체 고분자인 히알루론산에 리보플라빈을 결합한 '히알루론산-리보플라빈(HA-RF) 접합체'를 만들었다.

기존 리보플라빈 용액은 각막 상피를 거의 통과하지 못해 상피를 제거해야 했는데 히알루론산은 눈물처럼 끈기가 있어 눈 표면에 오래 머물고 상피세포와도 상호작용이 우수해 리보플라빈이 각막 상피를 통과해 안쪽으로 들어갈 수 있게 돕는다.

히알루론산-리보플라빈 접합체는 기존 리보플라빈 용액과 비교해 각막 상피를 통과하는 약물 전달 효율이 약 3.7배 높았다

동물실험에서도 치료 후 4주 동안 염증, 각막 혼탁, 내피세포 손상과 같은 주요 부작용 또한 관찰되지 않았다. 상피를 보호하면서도 효과와 안전성을 동시에 확인했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 원추각막 환자에게 통증과 감염 부담이 적고 치료 시간을 단축시킬 수 있는 치료를 제공할 수 있을 것으로 기대했다.

한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 이건재 교수팀은 최근 울산과학기술원(UNIST) 권태혁 교수팀과 함께 췌장 전체를 둘러싸 빛을 직접 전달하는 '3차원 마이크로 LED' 장치를 개발했다.

췌장암은 2기부터 종양 주변에 단단한 방어막(종양 미세환경)이 생겨 수술이 어렵고, 항암제·면역세포도 침투하기 힘들어 치료 성공률이 낮다.

이를 극복할 대안으로 광역동치료(Photodynamic Therapy)가 주목되고 있다.

암세포에만 붙는 약물(광감각제)에 빛을 쏘아 암 조직을 파괴하는 방식이다.

기존 레이저로는 췌장처럼 깊은 장기까지 빛을 전달하기 어렵고, 강한 빛은 정상 조직을 손상시키는 문제가 있다.

연구팀은 문어 다리처럼 자유롭게 휘어지고 췌장 표면에 밀착되는 '3차원 마이크로 LED 장치'를 고안했다.

이는 췌장 모양에 맞춰 스스로 감싸며 약한 빛을 오래·고르게 전달해 정상 조직은 보호하고 암세포만 정밀하게 제거한다.

실제 살아있는 쥐에 적용한 결과, 3일 만에 종양 섬유조직이 64% 감소했고, 손상됐던 췌장 조직이 정상 구조로 회복되는 효과가 확인됐다.

연구핌은 췌장암 치료의 가장 큰 장벽인 종양 미세환경을 직접 제거하는 새로운 광치료 패러다임을 제시했다는 점에서 큰 의의가 있다고 설명했다.

한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 이선우 교수팀은 최근 미국 코넬대 알로이샤 모나 교수팀과 함께 소금 결정보다 작은 초소형 무선 뉴럴 임플란트 'MOTE'(Micro-Scale Opto-Electronic Tetherless Electrode)를 개발했다.

연구팀은 이 임플란트를 실험용 생쥐의 뇌에 이식해 1년간 안정적으로 뇌파를 측정하는 데 성공했다.

뇌세포가 주고받는 미세한 전기신호를 연결선 없이 측정하는 기술은 뇌 연구와 치매, 파킨슨병과 같은 신경질환 치료의 핵심 기술로 주목받고 있다.

기존 임플란트는 유선의 두꺼운 구조로 인해 뇌 속에서 염증을 유발하거나 시간이 지나면 신호 품질이 떨어지고 열이 발생하는 한계가 있었다.

연구팀은 이런 문제를 해소하기 위해 반도체 공정 기반의 초소형 회로를 제작, 자체 개발한 초미세 마이크로 LED를 결합해 장치를 소형화하고 표면을 특수 코팅해 내구성을 높였다.

MOTE의 두께는 100μm(마이크로미터) 이하로, 소금 결정보다 작다. 현재까지 보고된 무선 뉴럴 임플란트 중 세계적으로 가장 작은 수준이라고 KAIST 설명했다.

배터리가 필요 없는 완전 무선 시스템으로, 외부에서 들어오는 빛을 받아 전력을 생성하고 뇌파를 감지한 뒤 정보를 빛 신호에 실어 외부에 전송하는 방식으로 작동한다.

이를 통해 에너지 소비는 획기적으로 줄었고, 배터리 교체 없이 실험용 생쥐 뇌 속에서 1년 이상 정상 기능을 유지하는 데 성공했다.

연구팀은 앞으로 뇌과학 연구뿐만 아니라 치매와 같은 신경계 질환 연구나 치료 기술 개발 등에 폭넓게 활용할 수 있을 것으로 기대했다.