[헬스코리아뉴스 / 이지혜] 체액과 조직을 통과해 표적 부위에 정교하게 약물을 전달하는 생체의학용 마이크로 로봇이 약물의 효과를 높이고 독성 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
스위스 취리히 연방 공과대학교(ETH Zürich) 연구팀은 독성 문제로 임상시험을 포기했던 신약후보물질 개발의 가능성을 높이기 위해 생체의학용 마이크로 로봇의 효과를 연구했다.
신약후보물질의 90% 이상은 임상시험에서 실패하는데, 이중 30%는 독성 문제가 원인이다. 약물전달 방식이 특정 위치를 표적화하지 못하고 전신을 순환하는 방식으로 이뤄지기 때문이다.
반면, 생체의학용 마이크로로봇은 체액과 조직을 통과해 표적 부위에 정교하게 약물을 전달해 이런 독성 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
마이크로로봇은 혈전으로 인해 혈류가 막혀있는 곳이나 종양이 있는 곳 등 질병 부위로 이동해 약물을 방출한다. 최근 자기장(magnetic field)을 활용한 마이크로로봇의 구동 방식이 유효한 것으로 평가받고 있다.
화학적 농도 구배에 의한 방식은 적절한 농도 조절이 필요하기 때문에 생체 내에서 활용하기 어렵다. 빛이나 초음파처럼 외부에서 에너지를 전달하는 방식은 표적 위치에 따라 사용이 제한될 뿐만 아니라 인체 조직에 초음파가 흡수되는 문제 등이 발생한다.
반면에 자기장 시스템은 인체 내 안전성이 높으며 진동자기장, 회전자기장 등 다양한 유형의 자기장을 활용해 이동 능력과 제어력을 향상시킬 수 있다. 자기장을 통해 마이크로로봇에 고열을 발생시켜 종양 절제를 위한 효과적 접근법으로 활용이 가능하다는 것이다.
카테터 혹은 내시경이 종양이나 혈전 등 치료를 필요로 하는 신체 부위에 마이크로로봇을 전달한다. 그 후 표적을 탐색한 마이크로로봇 복합체는 단일체로 분해되며 약물을 방출한 뒤, 완전히 분해되어 체내에 흡수되거나 제거되는 원리다.
마이크로로봇 이식 이후 체내 이동을 추적하는 것 또한 중요한 문제로 꼽힌다. 현재 의료영상 기술로는 단일 마이크로로봇 추적이 불가능하다. 단일 마이크로로봇으로 치료 작업을 수행할 가능성은 거의 없기 때문이다.
X-ray, CT, MRI는 각각 1000μm, 500μm의 공간 해상도를 갖기 때문에 현재로선 생체내 단일 마이크로로봇(지름 1nm∼1mm) 이미징이 어렵다. 조직에 치료제를 전달할 때는 다수의 마이크로로봇을 한꺼번에 주입하거나 구조체를 갖춘 고분자 복합물로 사용한다.
현재의 의료영상 기술로 추적 가능할 만큼 충분한 그룹의 마이크로로봇을 이식하고, 이후 체내에서 분해되도록 하는 것이 이상적이다. 최근 연구되는 마이크로로봇들은 생분해성 고분자 복합체로 구성되어 pH나 효소에 의해 체내에서 분해가 가능하다.
다만, 마이크로로봇을 실제 의료에 활용하기 위해서는 아직 해결해야 할 과제가 있다. ▲느린 이동속도 ▲의료시설 내 자기장 시스템 적용 방안 ▲임상의와의 협의 ▲규제 등이 존재한다.
마이크로로봇의 주사 지점인 팔부터 뇌까지 이동하려면 최대 3시간이 소요(초당 100μm 속도로 이동)된다. 뇌졸중 등 다양한 병증 치료에 적용하기에 너무 긴 시간이지만 이를 줄이기 위해 카테터, 내시경 등의 장치 활용이 가능하다.
체내 마이크로로봇의 이동에 필수적인 자기장 시스템은 환자 근처에 배치되어야 하므로 임상 환경과 호환이 되어야 하고 의료영상 기술 측면에서도 의료 시설과 쉽게 통합되어야 한다.
국가생명공학정책연구센터 관계자는 “자석을 이용하는 의료 도구에 영향을 미칠 수 있는 영구 자석보다 유동적으로 자기장을 바꿀 수 있는 전자기적(electromagnetic) 시스템 활용이 가능하다”며 “마이크로로봇 기술의 의료 현장 적용에는 규제 승인을 얻는 것이 주요한 장벽일 것”이라고 예상했다.
이어 “규제 문제를 극복하기 위해서는 마이크로로봇의 생체 적합성과 약력학적 연구뿐 아니라 장치의 개념부터 부작용 이해에 이르기까지 다양한 항목들을 고려할 필요가 있다”고 조언했다.
