MIT 임플란트, 초음파로 뇌 속 약물 확산 범위 넓혀

MIT 공학자들이 서서히 약물을 방출하는 저장소와 초소형 초음파 트랜스듀서를 결합해 약물이 뇌 조직 속으로 더 멀리 퍼지게 하는 이식형 장치를 개발했다. MIT 미디어랩 카난 다그데비렌(Canan Dagdeviren) 연구실의 이 연구는 10월 26일 학술지 Device에 게재됐으며, 지금까지 조직 모형과 생쥐에서 시험했다.

목표는 공격적인 뇌종양인 교모세포종의 재발을 막는 데 도움을 주는 것이다. 환자는 대개 수술을 받지만 외과의가 모든 암세포를 제거하기는 어려워 종양이 다시 생기는 경우가 많다. MIT에 따르면 미국에서는 해마다 1만 건이 조금 넘는 사례가 진단되며, 환자는 진단 후 평균 12~15개월 생존한다.

초음파가 도움이 되는 이유

이식형 약물 웨이퍼와 하이드로겔은 이미 존재하지만 수동적 확산에 의존한다. MIT 연구팀은 시기와 분포를 더 잘 제어하고자 했다. 앞선 연구에서 초음파는 약물 분자를 더 멀리 실어 나르는 대류를 일으키고, 그 기계적 진동이 혈액뇌장벽의 투과성을 일시적으로 높이는 것으로 나타났다.

LUCID(Long-term Ultrasound-enhanced Convective Injection Device, 장기 초음파 강화 대류 주입 장치)라는 이름의 새 장치는 두꺼운 종이 한 장만큼 얇은 유연한 임플란트다. 약물 전달용 캐뉼러는 24개의 초소형 초음파 트랜스듀서 배열 위에 직접 3D 프린팅되어 있어 음파가 바늘 끝에서 발생한다. 저장소에는 약 100마이크로리터의 액체가 들어가고, 주입은 수동 삼투압 펌프로 이뤄지며, 초음파는 블루투스로 무선 제어된다. 소형 배터리는 무선으로 충전할 수 있다.

실험 결과

인체 조직을 모사한 젤 형태의 물질인 '조직 팬텀'에서, 초음파를 이용한 전달은 초음파 없이 전달할 때보다 약물 분자를 훨씬 더 멀리 퍼뜨렸다. 생쥐 실험에서는 연구진이 MRI 조영제를 투여했고, 초음파 배열을 켰을 때 조영제가 뇌 속으로 더 멀리 퍼지는 것을 확인했다. 이는 전달 자체에 대한 시험이었으며, 종양 치료 결과는 보고되지 않았다.

이 연구의 교신저자인 다그데비렌은 "하나의 초음파 배열에 24개의 트랜스듀서가 있어 특정 약물이 혈액뇌장벽을 우회하고 약물 주입을 강화하는 데 도움이 될 수 있습니다"라고 말한다. 공동 제1저자 제이슨 호우(Jason Hou)는 "약물을 뇌에 들여보내는 것은 과제의 일부일 뿐입니다. 주변 조직으로도 퍼져야 합니다"라고 덧붙였다.

앞으로의 계획

연구진은 환자용으로 개발될 경우 캐뉼러와 초음파 배열은 두개골 안에 위치하고, 배터리와 전자 장치는 두개골 밖에 둘 수 있다고 설명한다. 이 기술이 면역요법이나 유전자 치료를 포함한 핵산도 전달할 수 있고, 뇌 이외의 장기에도 쓰일 수 있을 것이라고 제안한다. 이 연구는 MIT 미디어랩 컨소시엄과 미국 국립보건원(NIH)의 지원을 받았다. 건강 및 과학에서 더 많은 소식을 확인하세요.