장내 환경을 실시간으로 모니터링 하는 캡슐

(UC San Diego Researchers develop a self-powered ingestible sensor system designed to monitor metabolites in the small intestine over time. Credit: David Ballot for the Jacobs School of Engineering, UC San Diego)

캡슐 내시경은 위나 대장보다는 소장의 질병을 진단하는 데 유용합니다. 사실 내시경으로 사람이 조작해 가면서 병변을 확인하고 필요하면 조직을 채취하거나 색소 내시경을 하는 게 진단 측면에서 더 정확한 건 소장도 마찬가지이지만, 7-8m에 달하는 가늘고 긴 장기에 내시경을 진행할 경우 환자와 의사 모두 힘들고 많은 시간과 비용이 소모되어 매우 특수한 경우에만 수행하고 있습니다. 캡슐 내시경은 판독에는 많은 시간이 필요하나 환자 입장에서는 큰 알약 하는 삼키면 되기 때문에 훨씬 편리한 대안으로 사용되고 있습니다.

하지만 캡슐 시스템은 내시경 이상의 잠재력을 지니고 있습니다. 캘리포니아 대학 샌디에고 캠퍼스의 과학자들은 장내 포도당을 이용해서 스스로 전력을 생산하고 수집한 데이터를 무선으로 전송하는 포도당 바이오 연료 전지 glucose biofuel cell (BFC) 기반의 캡슐 센서를 개발했습니다.

캡슐 센서는 길이 2.6cm, 지름 0.9cm으로 일반적은 알약보다 크지만, 성인이 충분히 삼킬 수 있는 수준입니다. 사람과 소장의 크기가 거의 비슷한 돼지를 이용한 실험에서 이 캡슐 센서는 별도의 배터리 없이 소화된 음식에서 나온 포도당만 이용해서 14시간 정도 정보를 수집했습니다. 참고로 캡슐 내시경처럼 1회용으로 쓰고 버리는 기기로 보입니다.

이 캡슐 센서는 소장의 포도당 농도처럼 캡슐 내시경으로는 수집하기 어려운 화학적 정보를 수집할 수 있습니다. 배터리가 없지만 BFC를 사용해 지속적으로 에너지를 생산할 수 있기 때문에 오랜 시간 작동이 가능하다는 점이 장점입니다. 실험 동물의 몸에서는 14시간 정도 정보를 수집했으나 몸 안에 더 오래 체류하면서 정보를 수집하는 방법도 함께 연구 중입니다.

연구팀은 앞으로 이 캡슐에 여러 가지 센서를 통합하고 크기를 줄이는 데 초점을 맞추고 있습니다. 화학 및 대사 물질, 장내 미생물, 온도, pH 등 각종 정보를 수집한다면 소장 내시경 없이도 여러 가지 질병을 진단하는 데 도움을 줄 것입니다. 앞으로 성과를 기대해 봅니다.

참고

https://medicalxpress.com/news/2022-12-self-powered-ingestible-sensor-avenues-gut.html

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