중년의 적 부정맥, 심장 패치로 진단과 치료 동시에

돌연사 주범인 부정맥을 실시간 진단하고 치료할 수 있는 심장부착형 전자패치가 나왔다.

기초과학연구원(IBS, 원장 노도영)은 나노의학연구단 박장웅 연구위원 연구팀이 부정맥 환자의 심장 기능을 실시간 감지, 부정맥이 발생하면 심장에 미세 전기 자극을 주어 심장 박동의 이상을 정상화시키는 심장 부착형 전자패치 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

이 연구에는 나노의학연구단 조승우 연구위원과 연세대 세브란스 병원 심장혈관외과 이삭 교수 연구팀이 참여했다.

심장은 전기 자극 생성 조직에서 만들어내는 1분당 60-100회의 자극에 의해 규칙적으로 수축과 이완을 반복하면서 신체 각 조직에 혈액을 공급한다. 부정맥은 심장에서 전기신호의 생성이나 전달에 이상이 생기거나 비정상적인 전기신호가 발생, 심장이 규칙적으로 수축하지 못해 맥박이 비정상적으로 빨라지거나 느려지거나 혹은 불규칙해지는 증상이다. 돌연사의 주범이라고 일컬어질 만큼 생명을 위협하는 심각한 심혈관질환이다.

부정맥 환자는 몸 속에 이식형 제세동기를 삽입해 부정맥이 일어났을 때 자동으로 심장에 전기 충격을 가해 사망 위험을 줄인다.

하지만 기존 이식형 전자장치는 크기가 커 이식할 때 가슴 피부를 절개하는 부담이 있다. 정맥을 통해 전극을 심장에 넣는 방식이라 감염이나 정맥 천공, 허혈성 염증 등 합병증 위험도 있다. 또 심장의 전기 활동을 감지하고 부정맥을 감지하면 전기 충격을 주는 방식이라 외부 전기 자극에 민감할 수 있어 시술 받은 환자는 외부 활동에 각별한 주의가 필요하다.

연구팀은 심전도 방식이 아니라 심장이 수축 및 이완하는 물리적 운동을 직접 감지할 수 있는 반도체 기반의 압력센서를 개발했다. 이 센서는 심장 표면에 부착할 수 있을 정도로 얇은 패치 형태다. 고해상도 압력센서가 분포돼 있어 심장 표면의 압력 분포를 실시간 감지할 수 있다.

부정맥을 감지하면 심장에 효과적으로 전기 자극을 가하기 위해 표면적이 넓은 나노구조의 전극이 결합되어 있다. 하나의 패치 장치로 심장 압력 감지와 미세 전기 자극을 동시에 수행할 수 있다. 반도체 기반 압력센서는 몸 내외부에서 가해지는 전기적 신호에 간섭을 받지 않아 압력 감지와 전기 자극 기능을 동시에 수행할 수 있다고 연구진은 설명했다.

연구팀은 토끼의 심장 표면에 전자 패치를 부착해 효과를 확인했다. 또 홍합의 접착 능력을 모방해 생체 접합성이 우수한 하이드로젤 접착제를 개발, 전자 패치를 심장 표면에 장기간 안정적으로 고정할 수 있게 했다. 이 접착제가 코팅된 패치는 실험 토끼의 심장 표면에서 10주 이상 안정적으로 유지됐다.