암치료 마이크로 로봇 개발

24시간 만에 암세포 40% 잡아먹는 '초소형 로봇'

마이크로 로봇 원리 응용한 대식세포 컨트롤, 암치료, 특히 간암치료에 더 유리

 

 

 

전남대 기계공학부 박석호 교수팀이 면역세포를 이용해 암을 추적하고 치료까지 할 수 있는 의료용 마이크로 로봇을 세계 최초로 개발했다.

면역세포인 대식세포를 원격조종하는 기술로서, 대식세포가 마이크로 로봇과 같은 역할을 하는 것이다.

자기장을 이용해 항암제를 넣은 대식세포를 암 중심부까지 이동시킨 뒤 암 중심부에서 항암제가 1차적으로 암세포를 파괴한다. 암세포의 나머지 부분은 대식세포가 제거하는 원리다.

이 원리는 2013년 최홍수 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공 교수가 주도하는 문제일 DGIST 뇌과학전공 교수와 브래들리 넬슨 스위스연방공대 교수, 장리 홍콩중문대 교수 연구팀이 공동 연구, 발표한 '마이크로 로봇' 기술을 의료용 로봇에 응용한 것이다.

 

박석호 교수는 "이번에 개발한 세포를 이용한 마이크로 로봇은 몸 속에 들어가서도 거부반응이 없고 외부에서 자기장을 이용해 움직이기 때문에 적절한 항암치료법으로 자리잡게 될 것으로 기대한다"고 밝혔다.(본문 맨 하단 "인체 삽입 질병치료 3차원 마이크로 로봇 세계 첫 개발" 참조)

 

첨단 나노공법과 마이크로 로봇 기술에 의해 암을 완전히 정복할 수 있는 날이 목전에 온 것이다.

 

대식세포 (macrophage 大食細胞) 동물체 내에서 거의 모든 조직에 분포하고 이물(異物)이나 노폐세포 등을 포식하여 소화하는 기능을 갖는 대형의 아메바상 세포. 면역담당세포의 일종으로 (1) 유주성 대식세포: 혈액단구(혈류중의 단구), 폐포대식세포, 복강대식세포, 염증부위육아종대식세포 등, (2) 정착성 대식세포: 쿠퍼세포, 중추신경계의 소교세포, 피하 그 외의 결합조직에서 볼 수 있는 조직구, 비장 · 골수 · 림프절동에서의 세망내피 및 림프 구간극에 돌기를 뻗고 있는 수지상 대식세포, 혈관외막세포 등으로 대별한다. 하등동물에서 고등동물에까지 존재하며 생체면역기능 유지에 관여한다. 대식세포는 기능적으로 정의된 세포군이기 때문에 발생학적 기원에 대해서는 불분명한 점이 많지만, 대부분은 혈액단구에 유래한다고 하며 단구유래의 것은 단핵식세포계라는 호칭도 있다. 대식세포의 세포질에는 가수분해효소를 저장한 리소좀이 다수 있고, 이물포식에 의해 형성된 파고좀과 융합하여 효소를 방출하고 이물의 소화(식작용)를 한다. 또 대부분의 면역응답은 T세포에의 항원표출세포로서 대식세포의 존재가 매우 중요하게 생각된다. (참조 : 생명과학대사전, 초판 2008., 개정판 2014., 도서출판 여초)

 

 

혈관으로 들어가 암세포 죽이는 마이크로 '킬러로봇'

전남대 연구팀 세계 첫 개발

 

 

국내 연구진이 면역세포를 이용해 암을 추적하고 치료까지 할 수 있는 의료용 마이크로 로봇을 세계 최초로 개발했다.

전남대 기계공학부 박석호 교수팀은 면역세포의 일종인 대식세포에 항암제를 탑재한 20㎛(마이크로미터, 1㎛=100만분의1m) 크기의 마이크로 로봇을 개발하는 데 성공해 기초 및 응용과학 국제학술지 '사이언티픽 리포츠' 최신호에 발표했다.

 

일반적으로 항암치료제에 쓰이는 약물전달체는 크기가 너무 크면 백혈구나 면역세포에 잡아먹히고 너무 작으면 암 조직에 영향을 미치지 못한 채 몸 밖으로 쉽게 빠져나와 버린다. 주로 주사 형태로 주입돼 혈관을 따라 움직이기 때문에 암 조직 핵심에 효과적으로 다다르지 못하고 도리어 정상조직만 파괴할 우려도 크다.

 

외부에서 자기장을 이용해 암 중심부까지 이동시킨 뒤 암 중심부에서 항암제가 1차적으로 암세포를 파괴한다. 암세포의 나머지 부분을 대식세포가 잡아먹어 제거하는 원리다. (서울신문)

 

 

[과학을 읽다]마이크로로봇이 암 치료한다

국내 연구팀, 암 치료용 면역세포 기반 마이크로 로봇 개발

 

 

 

그 동안 고형암 치료는 종양조직에 보다 오래 잔류하는 특성을 지닌 나노파티클(이하 NPs)을 사용한 약물 전달체를 혈관에 침투시켜 종양조직을 사멸시키는 방법을 사용했습니다. 혈관만을 따라 약물 전달이 가능한 NPs로는 능동적이고 효율적 전달이 어려웠습니다. 종양은 성장 속도가 빠른 암세포의 특성으로 급속도로 커집니다. 혈관 형성 속도는 그를 따라가지 못합니다. 종양 조직 내 혈관은 일반 혈관과 달리 비정상적이고 불규칙적으로 형성됩니다. 약물 전달의 주요 표적인 종양 중심부에는 혈관이 미처 형성되지 못하는 것이죠.

 

또 NPs의 크기를 효율적으로 만들기 어려웠습니다. 크기가 너무 작으면 신장, 간 등에 의해 체외로 배출돼 버립니다. 너무 크면 백혈구, NK(Natural killer) 세포 등에 제거돼 버립니다. 면역세포를 이용한 항암 치료는 현재 사용되는 항암 요법 중 가장 안전한 방법으로 알려져 있습니다. 질병 발생 이전에 분리, 저장된 건강한 면역세포를 암이 발생했을 때 투여하거나 암 특이 항원으로 이용하는 것이죠.

 

이 방법도 면역세포의 활성화에 의존하는 수동적 방법으로 치료과정 상의 초과 시간과 비용 발생, 항원 다양화에 따른 표적 항원 선택의 어려움 등의 한계가 있었습니다. 연구팀은 동물 유래의 대식세포를 기반으로 한 마이크로 로봇을 개발해 기존의 NPs를 이용한 약물전달 체계와 면역 세포의 한정적 치료 방식을 극복했습니다. (아경e)

 

 

하루 만에 암세포 40% 잡아먹는 '초소형 로봇' 등장

 

 

 

암을 치료하는 의료용 마이크로 로봇이 등장했다. 박석호 전남대 기계공학부 교수팀은 미래창조과학부 지원을 받아 대장암·유방암·위암·간암·췌장암을 치료할 수 있는 직경 20㎛ 크기(머리카락 굵기의 5분의 1) 초소형 로봇을 세계 최초로 개발했다고 26일 밝혔다. 이 로봇의 실체는 면역세포 중 하나인 '대식세포(macrophage)'다. 대식세포는 인체에 이물질이 들어오면 선봉대로 나서 세포를 잡아먹는 면역작용을 한다. (중앙일보)

 

 

인체 삽입 질병치료 3차원 마이크로 로봇 세계 첫 개발

 

몸속에 들어가 특정 부위에 치료약물을 전달하는 3차원 구조물 형태 마이크로 로봇이 세계 최초로 국내 연구진에 의해 개발됐다.

 

영상 : YTN 사이언스 '몸 속에서 약물 전달하는 마이크로 로봇 개발'

 

 

최홍수 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공 교수는 최근 인체 내 특정 위치에 정확히 줄기세포와 치료약물을 전달할 수 있는 의료용 마이크로 로봇을 개발했다고 6일 밝혔다.

 

이 연구는 최 교수 주도로 문제일 DGIST 뇌과학전공 교수와 브래들리 넬슨 스위스연방공대 교수, 장리 홍콩중문대 교수 연구팀이 공동 연구했다.

 

의료용 마이크로 로봇은 기존 진단 및 치료방식에 비해 국소부위 접근이 쉬워 세계적으로 연구가 활발하지만 마이크로 크기 구조물 제작기술의 한계로 실제 구조물을 만들기는 쉽지 않다. 특히 이번처럼 완벽한 3차원 구조물은 세계 최초다. 기존에 개발된 마이크로 로봇은 일차원 구조물을 스프링처럼 말아서 3차원처럼 만든 스프링(helical) 타입이었다.

 

또 지금까지 마이크로 로봇 연구는 주로 마이크로 로봇의 위치제어 및 이동에 초점이 맞춰져 인체 내에서 진단과 치료, 수술 등 실제적 응용에는 한계가 있다.

 

최 교수팀이 개발한 의료용 마이크로 로봇은 니켈이라는 자성물질과 생체적합성 재료인 티타늄을 코팅한 3차원 구조물이다. 자기장으로 위치와 방향을 제어할 수 있도록 니켈을 증착했다. 생체 내에 적용하기 위해 생체적합성 물질인 타이타늄을 구조물 외곽에 증착했다.

 

이렇게 제작한 마이크로 로봇은 자기장 제어 시스템을 이용, 인체 내에서 정밀한 위치 탐색과 방향제어가 가능하다. 3차원 구조물에 붙은 치료 목적의 세포와 약물을 특정 위치에 정확히 전달할 수 있다. (전자신문)