항암은 약물 및 고열 치료, 방사선, 수술 등 여러 방법으로 진행됩니다. 그 중 약물 치료는 가장 많이 쓰이는 방법인데요. 약물은 신체의 순환 기능에 의존하기 떄문에 원하는 양만큼 특정 부위에 정확히 전달이 어렵습니다. 고열 치료는 부작용이 적어 최근 각광받고 있지만 특정 부위에 고열을 정확히 전달하기 어렵다는 단점이 있죠.
이런 가운데 DGIST 최홍수 교수 연구팀이 원하는 부위에 고열 치료 및 약물 방출 조절이 가능한 생분해성 마이크로로봇을 개발합니다. <Advanced Healthcare Materials>에 게재된 논문에 따르면 DGIST 최홍수 교수 연구팀은 3D레이저 리소그라피 공정으로 자성나노입자와 약물을 탑재한 3차원 생분해성 마이크로로봇을 개발했습니다.
녹는 로봇?
마이크로로봇은 마이크로 사이즈, 최소 침습성, 정밀한 무선 제어 능력으로 다양한 의공학 기술에 적용 가능합니다. 마이크로 로봇을 사용해 약, 세포, 단백질, 열을 특정 부위에 정확하게 전달하는 표적 치료에 활용될 수 있습니다. 마이크로로봇을 체내에 직접 사용하려면 사용 후에는 체내에서 분해되거나 몸밖으로 배출돼야 합니다. 또한 약물 방출을 치료의 목적에 따라 조절해 부작용을 줄이고 치료 효율을 극대화해야 하죠.
이에 연구팀은 마이크로로봇의 소재를 생분해성 폴리머로 제작해 제 할 일을 다 한 로봇이 부작용 없이 체내에서 생분해될 수 있도록 설계했습니다. 연구팀은 분해 가능한 고열 마이크로로봇을 3차원 나선 구조로 제작해 약물 전달, 방출 고열 치료를 능동적으로 제어할 수 있도록 제작했습니다.
연구팀이 개발한 마이크로로봇은 생분해 가능한 PEGDA(poly ethylene glycol di acrylate)로 이루어졌습니다. 자성나노 입자와 항암제도 보유했습니다. 마이크로로봇은 이광자 중합시스템을 사용해 정교한 3차원 헬릭스 모양으로 제작이 가능하죠. 마이크로로봇의 구동은 전자기 작동 시스템이 생성한 회전자기장이 원격으로 정확하게 제어할 수 있습니다.
연구팀은 특히 원하는 부위에 도달한 로봇에 고주파 교반자기장(Alternating magnetic field)을 걸어주면 마이크로로봇에 탑재된 자성나노입자로부터 발생된 열이 주변의 온도를 올려 국부 고열 치료를 수행할 수 있도록 설계했습니다. 약물을 싣지 않은 마이크로로봇에 교반자기장을 걸어 마이크로로봇의 온도를 상승시킨 결과 마이크로로봇이 암세포의 생존력을 감소시켰습니다.
약물은 교반자기장을 사용해 마이크로로봇으로부터 정상, 버스트, 일정방출 모드로 운용된 뒤 방출됐습니다. 마이크로로봇으로부터의 약물 방출은 체외 환경에서 배양된 암세포의 생존율도 떨어뜨렸습니다. 또한 암세포 생존율은 정상 모드보다 버스트방출 모드에서 더 큰 크기의 감소율을 보였습니다.
요약하면 연구팀이 이번에 개발한 생분해성 마이크로로봇은 외부에서 제어 가능한 약물 방출로 정교하면서도 질환 맞춤형 약물치료와 국부고열 치료가 가능하도록 길을 열었습니다.
연구팀은 개발된 마이크로로봇이 체외에서 배양한 암세포에 마이크로로봇을 사용한 고열 치료가 암세포 치료에 유의미한 효과가 있음을 확인했으며 교반자기장으로 인해 조절된 각각의 다른 약물방출모드의 치료적인 효능을 확인하는 것에 성공했습니다.
이번 연구를 주도한 DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수는 "이번 연구 결과를 통해 기존의 암세포 치료방법의 단점을 개선시켜 암세포 치료의 효율을 높이고 부작용을 줄일 수 있을 것으로 기대한다"며 "앞으로도 지속적으로 병원 및 관련 기업과 후속 연구를 진행해 실제 의료 현장에서 활용될 수 있는 마이크로로봇 기반 정밀 치료 시스템을 개발하는 데 노력하겠다"고 말했습니다.
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