균일한 소작을 위한 영상 유도 스텐트기반 비가역적 전기천공법 개발 논문정보
서울아산병원 의공학연구소 박정훈 특수전문학자 연구팀은 비혈관 관강장기에서 균일한 비가역적 전기에너지 전달의 문제점을 해결하기 위해 영상 유도 스텐트기반 비가역적 전기천공법 연구 및 개발을 진행했다.
비가역적 전기천공법(IRE)은 고전압 전기 펄스를 사용하여 세포막에 영구적인 나노 기공을 유발하여 세포사멸을 초래하는 국소 소작 기술이다. 특히, 절제할 수 없는 종양 및 중요한 혈관 구조 근처에 있는 종양에 대한 열 소작의 대안으로 확립되어 있다. 초기 임상 시험에서 IRE는 간, 췌장, 전립선, 신장 및 폐와 같은 고형 악성 종양 절제에 중점을 두었으며, 최근에는 식도, 위, 소장, 결장을 포함한 위장관에서 IRE의 유효성과 안전성이 조사되었다. 다만, 사용된 전극의 IRE 선량범위가 적절하지 않고, IRE로 유발된 연속조직학적 평가와 같은 몇 가지 제한사항을 확인하여 소화관에 적합하지 않은 단점을 가지고 있었다.
이러한 한계점을 극복하기 위해 박정훈 특수전문학자 연구팀은 니티놀 와이어 편조 기술을 사용하여 새로운 자체 확장형 금속 스텐트 기반 전극(SE)를 성공적으로 개발하였다. 자체 확장형 금속 스텐트 기반 전극은 자체 확장 기능을 통해 소화관 내벽에 완전히 부착됨으로써 IRE의 효과는 최대화하고. 니티놀 와이어의 교차 구조로 IRE 유발 열효과를 최소화하여 소화관에서 치료효과를 향상시킬 수 있다. 또한 자체 확장 성질을 이용하여 다양한 관강형태의 소화기분야에서 사용할 수 있다는 장점이 있다.
본 연구는 백서 식도에 전기 에너지를 전달할 수 있도록 IRE를 위한 새로운 양극성 SE를 개발하여 백서 식도에 대한 최적의 전기장 강도를 검증하는 유한요소 분석을 시행하였다. 주사전자현미경 촬영을 통해 플라즈마 에칭 공정 후의 니티놀 와이어 표면을 분석했으며 형태학적으로 니티놀 와이어 표면의 균열이 크게 감소한 것을 확인했다. 최종적으로 안전성 및 유효성을 평가하기 위해 백서 식도에서 형광투시 유도하에 스텐트기반 IRE절차를 시행하여 심전도 변화 및 식도조영술을 포함한 28일간의 추적관찰을 진행했으며 조직학적 분석을 조사하였다.
분석결과, 대조군 그룹과 비교하여 경미한 근육 수축이 관찰되었지만 심박수는 점차 회복되었다. 세포사멸을 TUNEL ASSAY로 분석한 결과 10시간 및 3일차에 유의하게 증가하였지만 시간이 지남에따라 대조군 그룹과의 유의미한 차이가 나타나지 않았다. 세포재생률을 Ki-67 ASSAY로 분석한 결과 IRE 후 3일 및 7일차에 유의하게 증가하였으며 이러한 결과는 연구 결과로 IRE의 효과와 안전성을 입증됐으며 스텐트기반 IRE 소작이 관강장기 내 소작 기술의 새로운 기반이 될 것으로 전망된다.
본 연구는 과학기술정보통신부 신진연구지원사업 연구과제 지원으로 진행되었으며, 국제 학술지인 Frontiers in Bioengineering and Biotechnology (IF: 6.064)에 2022년 11월 17일에 게제되었다.
※ 박정훈 특수전문학자는 2020년부터 의공학연구소에 재직 중이다.
스텐트를 포함한 다양한 중재의료기기에 대한 원천 기술 및 응용 기술 개발에 매진하고 있다. 다양한 스텐트 기반 연구와 함께 범부처전주기의료기기연구개발사업 등 다수의 국책 과제를 수행 중이다.