[와우! 과학] 몸 안에서 녹아서 사라지는 인공 심박조율기 개발

심장은 죽을 때까지 쉬지 않고 혈액을 순환시키는 강력한 생체 펌프다. 그것도 단순히 수축, 이완만 하는 것이 아니라 전기적 신호를 통해 심방/심실 네 곳을 정확한 순서에 따라 수축, 이완시키는 매우 복잡한 생체 펌프다.

그런데 신호 생성과 전달 과정에 문제가 생기는 질병인 부정맥이 있으면 근육이나 밸브에 문제가 없더라도 심장의 기능이 떨어질 수 있다. 물론 모든 부정맥이 심각한 질병은 아니지만, 일부 심각한 환자의 경우 약물치료로 부정맥이 조절되지 않아 강제로 전기적 신호를 주는 장치인 인공 심박조율기(pacemaker)를 삽입해야 한다.

요즘 나오는 인공 심박조율기는 크기도 작고 성능도 뛰어나긴 하지만, 심장에 긴 전극을 삽입하고 별도의 조절 장치와 배터리를 체내에 삽입하는 불편함이 있다. 따라서 최근에는 무선으로 전력을 공급하는 무선 심박조율기(leadless pacemaker)도 등장했다. 무선 심박조율기는 큰 알약 크기로 삽입이 편리하며 배터리 등 대부분의 시스템이 몸 밖에 존재하기 때문에 교체가 쉽고 감염의 위험성이 적다는 장점이 있다.

미국 노스웨스턴 대학과 조지 워싱턴 대학 과학자들은 여기서 한 걸음 더 나아가 생체 내에서 흡수되는 무선 심박조율기를 개발했다. 일반적인 인공 심박조율기가 긴 수명을 지니도록 개발되는 데 반해 연구팀이 짧은 시간 작동하고 스스로 분해되는 심박조율기를 만든 이유는 간단하다. 수술 후 임시 심박조율기 제거술을 피하기 위해서다.

임시 심박조율기는 큰 심장 수술 후 심장 전기 전달체계의 기능이 돌아오기 전까지 심장이 뛰는 것을 도와준다. 하지만 완치된 이후에는 심박조율기가 더 이상 필요 없기 때문에 이를 제거해야 한다. 그런데 이미 큰 수술을 마친 환자에서 또 침습적인 제거술을 시행한다는 것은 의료진과 환자 모두 불편하고 감염이나 다른 합병증의 위험성이 있다.

따라서 연구팀은 두께 0.25㎜, 무게 0.5g에 불과한 전기 전도성 생분해성 물질로 심박조율기를 개발했다. 기존의 무선 심박조율기와 마찬가지로 전력은 외부에서 무선으로 공급하고 조절 장치도 외부에 존재한다. 수술 후 몇 주 정도만 잠시 사용하고 난 후 심장의 기능이 모두 돌아오면 이 임시 심박조율기는 5-7주 사이 완전히 분해되어 몸에 흡수된다.

연구팀은 사람에게 실제 생분해성 심박조율기를 사용하기에 앞서 쥐와 토끼, 개 등을 이용한 동물 모델을 통해 실제로 심박조율기로 기능을 할 수 있을 뿐 아니라 생체에 무해하게 분해된다는 사실을 입증했다. 다만 실제 사람에서 임상 시험을 거쳐 의료 현장에서 사용되기 위해서는 까다로운 검증 과정을 거쳐야 한다.

이 연구는 전기적으로 작동하는 삽입형 장치도 생분해성으로 만들 수 있음을 보여줬다. 앞으로 생분해성 마이크로 로봇이나 약물 펌프 등 더 다양한 응용을 시사하는 대목이다. 현재는 초기 연구단계이지만, 미래에는 알약처럼 삼킨 후 몸 안에서 흔적 없이 흡수되는 마이크로 로봇이 등장할지도 모른다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com