생분해성 초음파로 혈액을 열다

Aug 22, 2023

이전 장치보다 훨씬 더 강력한 새로운 생분해성 초음파가 뇌암 치료를 더욱 쉽게 만들 수 있다고 코네티컷 대학 연구진이 Science Advances에 보고했습니다. 이 연구는 미국 국립과학재단(US National Science Foundation)의 지원을 받았습니다.

암성 뇌종양 진단을 받으면 대개 수술로 제거한 후 남은 암세포를 제거하기 위해 화학요법을 사용합니다. 그러나 뇌암은 혈관 내벽이 잠재적으로 뇌에 해를 끼칠 수 있는 큰 분자가 통과하는 것을 방지하기 때문에 화학요법에 특히 저항력이 있습니다.

이는 또한 유용한 화학약물 및 기타 치료제가 뇌암 세포를 죽이고 다른 뇌 질환을 치료하는 것을 방지합니다. 알려진 바와 같이 혈액뇌관문을 통과하는 안전하고 효과적인 방법 중 하나는 초음파를 사용하여 세포를 흔들어 약이 통과할 수 있을 만큼 큰 구멍을 여는 것입니다.

"중요한 인간 문제에 대한 이 팀의 창의적인 솔루션은 공학과 의학을 통합하는 힘을 보여줍니다."

- 캐서린 자블로코프

하지만 두꺼운 사람의 두개골을 통해 초음파를 얻는 것은 쉽지 않습니다. 일반적으로 여러 개의 강력한 초음파 장치를 두개골 주위에 전략적으로 배치해야 하며 병원에서 화학요법을 실시한 직후 MRI 기계를 사용하여 종양 부위에 주의 깊게 초점을 맞춰야 합니다.

생물의학 엔지니어인 Thanh Nguyen은 "우리는 뇌 자체에 이식된 장치를 사용함으로써 이 모든 것을 피할 수 있습니다"라고 말했습니다. "우리는 이를 반복적으로 사용할 수 있으며, 이를 통해 화학요법이 뇌에 침투하여 종양 세포를 죽일 수 있습니다." 이미 시중에서 판매되는 이식형 초음파 장치가 있지만, 이 장치는 잠재적으로 독성이 있는 세라믹 재료로 만들어졌으며 치료가 끝난 후 외과적으로 제거해야 합니다.

연구진은 새로운 해결책을 생각해냈습니다. 그들은 글리신 결정을 성장시킨 다음 의도적으로 크기가 수백 나노미터에 불과한 조각으로 부서졌습니다. 그런 다음 이를 생분해성 고분자인 폴리카프로락톤(PCL)과 함께 회전시켜(전기방사라는 공정에서 고전압 하에) 글리신과 PCL의 나노섬유로 구성된 압전 필름을 만들었습니다.

작은 구동 전압 하에서 필름은 세라믹 초음파 뇌 임플란트와 거의 동일한 334킬로파스칼의 초음파를 생성할 수 있습니다. 연구팀은 글리신-PCL 필름을 다른 생분해성 폴리머로 코팅하여 보호했습니다. 가능한 코팅 중 하나인 폴리-L-락타이드(Poly-L-Lactide)는 분해되는 데 약 6주가 걸립니다.

연구팀은 뇌 내부에 이식된 장치에 대해 6개월 동안 안전성을 조사한 결과 쥐의 건강에 부정적인 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 이제 그들은 대형 동물을 대상으로 안전성과 효능 테스트를 시작할 예정입니다.

NSF 엔지니어링 부서의 프로그램 디렉터인 Kathryn Jablokow는 "중요한 인간 문제에 대한 이 팀의 창의적인 솔루션은 엔지니어링과 의학을 통합하는 힘을 보여줍니다."라고 말합니다.