이식 장기의 산소 포화도를 측정할 수 있는 무당벌레 크기의 센서

(A new implant designed to track oxygen levels in deep body tissues is no bigger than a ladybug. Credit: UC Berkeley/Soner Sonmezoglu)

(Diagram depicting the makeup of a new implant that tracks oxygen levels in deep tissues. Credit: UC Berkeley/Soner Sonmezoglu)

UC 버클리의 연구팀이 무당벌레 크기의 산소 포화도 측정 임플란트 센서를 개발했습니다. 센서의 크기는 4.5 x 3mm로 산소 센서 필름, 광섬유, 마이크로 LED, 집적회로(IC)와 측정된 산소 포화도 전기 신호를 초음파 신호로 바꿔주는 압전 결정 (piezo-crystal)으로 구성되어 있습니다.

이 센서의 목적은 이식 장기처럼 몸 깊숙한 곳에 있는 조직과 장기의 산소 포화도를 측정하는 것입니다. 간, 신장 등 이식 장기는 적절한 혈액 공급 없이는 생존이 어렵습니다. 충분한 혈류 공급은 산소 포화도를 통해 측정할 수 있습니다. 따라서 산소 포화도를 실시간으로 측정할 수 있으면 이식 장기에 뭔가 심각한 문제가 발생하는 경우 바로 알아내서 빠르게 조치를 취할 수 있습니다. 하지만 현재는 MRI 외에 몸속 깊은 곳 장기의 산소 포화도를 바로 측정할 수 있는 방법이 없습니다.

연구팀이 개발한 센서는 이 한계를 극복하기 위해서 개발되었습니다. 다만 피부 표면이 아니라 깊은 곳에 있는 센서라면 전원이 문제될 수 있습니다. 배터리로는 장시간 작동이 불가능하기 때문에 외부에서 에너지 공급이 필요합니다. 문제는 전자기파로 신호를 주고 받는 과정에서 상당한 에너지가 인체에 흡수되기 때문에 처음부터 강력한 전자기파를 사용해 한다는 것입니다. 따라서 연구팀은 신호를 내보낼 때는 초음파로 바꿔 정보를 전달하는 방법을 개발했습니다. 인체는 수분이 많아 음파는 쉽게 통과하기 때문입니다.

연구팀은 이 센서를 양에 이식해 10cm 깊이의 장기와 조직의 산소 포화도를 측정했습니다. 그 결과 실제로 내부 장기와 조직의 산소 포화도를 모니터링 할 수 있다는 사실을 확인했습니다. 사람에 대한 임상시험은 아직이지만, 만약 실제로 의료 현장에서 사용할 수 있다면 이식 장기 모니터링은 물론 종양 치료 효과까지 모니터링 할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 이식 장기와는 반대로 암조직의 산소 포화도가 떨어진다면 치료가 효과적으로 이뤄지는 것이기 때문입니다. 과연 상용화가 가능할지 궁금합니다.

참고

https://newatlas.com/medical/ladybug-implant-tracks-oxygen-deep-body-tissues/

https://www.nature.com/articles/s41587-021-00866-y

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