연세대학교 전기전자공학과 유기준 교수 연구팀은 광역학 항암 치료 원리와 종양 크기에 따른 빛의 산란을 이용한 ‘완전 무선의 광역학 항암 치료 및 연속적 종양 크기 모니터링 시스템’을 세계 최초로 개발했습니다. 이를 통해 암을 효과적으로 치료하고 환자들의 불편함 없이 진단할 수 있는 발판이 마련됐습니다.
국제 통계에 따르면, 전 세계 암 사망자 수는 수십 년 동안 꾸준히 증가해 2020년 약 1천만 명에 달했는데요. 암 사망자 수 증가에 따라 암 치료법 또한 부작용을 줄이고, 암 진행 모니터링 성능을 개선하며 발전을 거듭해 왔습니다.
전통적인 암 치료법인 종양 절제술, 방사선 치료, 화학 요법은 암을 치료하는데 효과적이지만 장기기능 손실, 구토 등 부작용 및 후유증으로 인해 환자의 몸에 큰 부담을 주는 것으로 알려졌습니다.
이러한 문제점을 극복한 최첨단 치료법인 광역학 치료는 광 반응성 약물인 광감작제를 주입해 비수술적으로 종양 조직을 선택적으로 파괴해 기존 암 치료법의 문제점 해결했습니다. 반면 장비의 거대함과 높은 가격으로 인해 치료의 접근성과 이동성이 떨어지는 단점을 가지는데요.
또 항암 치료 시, 치료법 외에 치료 효과성을 평가하고 향상시키기 위해 암 진행 상태를 모니터링 하는 것도 중요한 부분으로 꼽힙니다. 이는 전산화 단층 촬영(CT) 스캔 또는 생체발광과 같은 영상 검사를 통해 주로 이루어지지만, 이러한 기술은 장기간 모니터링에 좋은 시간 해상도(Time Resolution)를 달성하기 어렵고, 자원 집약적이며 비용이 많이 드는 문제가 있습니다. 이에 따라 기존의 모니터링 기술을 사용해 많은 환자들에 대해 영상 촬영을 하거나 자주 측정하는 것엔 어려움이 있습니다.
본 연구에서는 기존 광역학 치료의 단점 해결과 암 진행 상태를 모니터링하기 위해 종양 내부로부터 효과적으로 빛을 전달하고, 마이크로LED에서 발생하는 열을 암 치료에만 작용하도록 해 주변 정상 조직에 영향을 주지 않는 디바이스를 설계했습니다.
또 디바이스 내 광트랜지스터를 통해 종양 내부에서 산란된 빛의 양을 측정해 종양 크기의 변화를 실시간으로 측정할 수 있도록 했습니다. 이를 위해 마이크로LED의 강도를 무선으로 조절하고, 광트랜지스터의 측정값을 기록하기 위해 사용자 측에서 데이터 전송 및 수신을 위한 맞춤형 스마트폰 응용 프로그램도 개발했습니다. 연구진은 동물 실험을 통해 시스템의 체내 안정성, 뛰어난 암 치료 효능과 종양 크기변화 모니터링 성능을 확인했습니다.
이번 연구는 효과적인 암 치료 및 진단을 위한 의학 연구에 획기적인 발전을 이뤘다는 평가를 받는데요. 연구진이 창출한 혁신적인 시스템은 감염의 위험성을 감소시키며, 암 치료와 진단을 동시에 손쉽게 수행함으로써 환자의 안락함을 높였습니다. 이러한 기술은 학술적이며 사회적 차원에서 그 가치가 매우 큰데요.
연세대 유기준 교수는 “항암 치료와 종양 크기를 진단하는 것은 매우 중요하지만, 현재 기술은 고통을 동반하고 값비싼 장비를 이용해야 하며 치료와 동시에 연속적인 모니터링이 불가능했다. 본 연구는 암 치료 및 진단의 새로운 패러다임을 제시하는 기술로, 관련 분야 사회 문제 해결과 의료 산업에 큰 파급 효과를 미칠 것”이라고 연구 의의를 밝혔습니다.
연구 결과는 국제 전자공학 분야 학술지인 ‘npj 플렉서블 일렉트로닉스(npj Flexible Electronics)’에 8월 28일 게재됐습니다.
논문명: Fully implantable and battery-free wireless optoelectronic system for modulable cancer therapy and real-time monitoring
