고강도 초음파로 종양 조직 제거하는 메커니즘 최초 규명
고강도 초음파로 종양 조직 제거하는 메커니즘 최초 규명
  • 함예솔
  • 승인 2019.01.22 10:26
  • 조회수 709
  • 댓글 0
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고강도 초음파로 종양 조직을 제거한다? 출처: pixabay
고강도 초음파로 종양 조직을 제거한다? 출처: pixabay

고강도 집속초음파 기술이란?

  • 초강력 초음파 에너지를 한 곳에 집중시켜 초점 부위 조직을 제거하거나 치료하는 기술로, 차세대 의료 기술로 주목받고 있습니다.
  • 외과적 수술 없이 종양 제거가 가능해 정상 조직의 부작용이 적고 회복 시간도 빨라 실제 임상 적용을 위한 다양한 연구가 진행되고 있습니다. 


뭘 발견했는데?

 

인체조직 모사 실험에서 발생하는 공동현상을 고속카메라를 이용해 촬영한 결과 와 열확산 방정식을 통해 예측한 온도 매핑 (c, e, g, z-ii) 시뮬레이션 결과. 출처: KIST
인체조직 모사 실험에서 발생하는 공동현상을 고속카메라를 이용해 촬영한 결과 와 열확산 방정식을 통해 예측한 온도 매핑 (c, e, g, z-ii) 시뮬레이션 결과. 출처: KIST
  • 한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구단 박기주, 김형민 박사팀은 영국 런던대학교 기계공학과 사파리(Saffari) 교수팀과 공동연구를 통해 강력한 초음파 영역에서 발생하는 음향 공동 현상을 예측하는 수학적 모델을 개발하고, 집속초음파의 연조직 제거효과 메커니즘을 학계 최초로 규명했다고 합니다. 
  • 참고로, 음향 공동현상(acoustic cavitation)이란 액체 내 압력 변화에 의해 기포가 발생하는 현상, 혹은 액체 내에 이미 존재하고 있는 기포가 압력 변화에 따라 진동 및 붕괴하는 현상을 말합니다. 
  • 이 연구는 음향관련 연구 논문 분야 순위 1위인 <Ultrasonics Sonochemistry>에 게재됐습니다. 


어떻게 조사했지?

 

수증기 기포의 운동변화로 발생하는 세포 조직의 변형률을 나타내는 시뮬레이션 결과. G = 전단탄성률 (shear modulus). 출처: KIST
수증기 기포의 운동변화로 발생하는 세포 조직의 변형률을 나타내는 시뮬레이션 결과. G = 전단탄성률 (shear modulus). 출처: KIST
  • KIST 연구팀은 먼저 강력한 초음파 영역에서 발생하는 음향 공동현상의 운동변화를 예측할 수 있는 수학적 모델을 개발하고, 이를 이용해 세포 조직의 변형률을 계산했습니다. 
  • 이어 인체조직 모사실험을 수행하고, 이때 발생한 공동현상을 초고속카메라로 촬영했습니다. 
  • 연구진은 정확도를 검증하기 위해 수학적 모델을 이용해 예측한 값과 초고속카메라 촬영 결과를 동일 조건에서 비교 분석했습니다.
  • 그 결과, 기포의 운동에 의해 발생하는 강도는 연조직을 파괴할 수 있을 만큼 강하면서 혈관이 파괴될 수 있는 강도보다는 약하다는 것을 밝혀냈습니다. 

 

집속초음파 연조직 제거효과(boiling histotripsy)에 의해 물리적으로 제거된 동물 간 조직.  출처:KIST
집속초음파 연조직 제거효과(boiling histotripsy)에 의해 물리적으로 제거된 동물 간 조직. 출처:KIST

이 연구가 왜 중요하지?

  • 이러한 결과는 고강도 집속초음파의 연조직 제거 효과의 메커니즘을 규명하는 것 뿐만 아니라 기포의 운동 면화 및 강도를 조절하면 원하는 세포 조직만을 선택적으로 제거할 수 있는 가능성을 제시한 것입니다. 
  • 수술 없이 종양 및 암조직을 물리적으로 제거하는 치료에 적용 가능하며, 지속적인 지원과 연구를 통해 향후 항암면역치료와 세포이식술 분야 등에도 사용될 수 있습니다. 

 

박기주. 출처: KIST
박기주 박사. 출처: KIST

 

"이번 연구는 초음파를 이용한 연조직 제거 메커니즘을 학계 최초로 규명한 것으로 수학적 모델링 기법으로 최적화된 초음파 조사조건을 찾으면 외과적 수술 없이도 종양치료 및 특정 세포만을 선택하여 제거하는 것이 가능할 전망입니다"

-KIST 박기주 박사-

 

 

 

김형민 박사. 출처: KIST
김형민 박사. 출처: KIST

 

 

"지속적인 연구를 통해 향후 항암면역치료와 세포이식술 분야 등에도 활용되는 기술로 발전하길 기대합니다"

-KIST 김형민 박사-

 


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