쌀알보다 작은 심박 박동 조율기 등장 신생아부터 성인까지 수술 없이 심장 치료 가능해진다

세계에서 가장 작은 생분해성 심장 박동 조율기 개발

미국 노스웨스턴 대학교(Northwestern University) 연구팀이 심장 질환 치료 방식을 획기적으로 바꿀 수 있는 기술을 발표했다. 세계에서 가장 작은 크기의 심장 박동 조율기를 개발하는 데 성공한 것이다. 이 장치는 크기가 1.8밀리미터 × 3.5밀리미터 × 1밀리미터로 쌀알보다 작으며, 무게는 13.8밀리그램에 불과하다. 이러한 초소형 크기는 의료 기기의 기존 개념을 뛰어넘는 혁신이다. 특히 심장이 작고 연약한 신생아나 어린이 환자에게 적합하도록 설계되어 있어 더욱 주목받고 있다.

이 심장 박동 조율기의 가장 큰 장점 중 하나는 체내 삽입 시 외과 수술이 필요 없다는 점이다. 기존 심장 박동 조율기처럼 가슴을 절개해 이식하지 않아도 되고, 주사기를 통해 간단하게 삽입할 수 있다. 이는 수술로 인한 신체적 부담과 회복 시간을 줄여주며, 감염 위험을 낮추는 데도 도움이 된다. 선천성 심장 질환을 가진 아기들에게는 이보다 더 적절한 치료 방식은 없다고 볼 수 있다.

이 장치는 일정 시간이 지나면 몸속에서 자연스럽게 분해되어 사라지도록 설계되었다. 그 이유는 모두 인체에 무해한 생체 적합성 재료를 사용했기 때문이다. 이 재료들은 체액과 반응해 서서히 분해되며, 체내에 남지 않는다. 즉, 장치를 제거하기 위한 추가 수술이 필요 없다는 뜻이다. 이로 인해 감염 가능성을 줄이고, 환자와 가족에게 정서적·경제적 부담을 줄일 수 있다.

심장 박동 조율기는 단독으로 작동하는 것이 아니라, 몸 바깥에 부착하는 웨어러블 기기와 함께 작동한다. 이 웨어러블 기기는 매우 부드럽고 유연한 재질로 만들어졌으며, 피부에 부착하면 심장 박동 상태를 실시간으로 감시한다. 심장 박동에 이상이 감지되면, 이 기기는 피부를 투과하는 근적외선 빛을 방출한다. 이 빛은 체내에 삽입된 심장 박동 조율기에 도달해 신호를 보내며, 이를 받은 조율기는 필요한 전기 자극을 심장에 전달해 정상 박동을 유도한다.

이 기술의 핵심적인 혁신 중 하나는 완전한 무선 방식이라는 점이다. 기존의 임시 심장 박동 조율기는 외부 장치와 내부 전극이 선으로 연결되어 있었다. 이 선은 피부를 뚫고 나와야 했고, 감염의 원인이 되거나 움직이다 선이 끊어지는 사고가 발생할 위험이 있었다. 또 선 주변으로 흉터 조직이 생겨 장치 작동에 문제가 생기기도 했다. 하지만 이번에 개발된 심장 박동 조율기 시스템은 외부 전선이 전혀 없으며, 감염과 기계적 문제를 원천적으로 막을 수 있다. 특히 아이처럼 활동이 많은 환자에게 매우 유리한 방식이다.

이번 기술은 노스웨스턴 대학이 2021년에 선보인 생분해성 임시 심장 박동 조율기 기술을 더욱 발전시킨 것이다. 이전 기술은 라디오 주파수를 통해 장치를 제어했지만, 이번에는 근적외선 빛을 활용함으로써 구조를 더 간단하게 하고 크기도 줄일 수 있었다. 특히 눈에 띄는 점은 전력 공급 방식의 변화다. 장치 안에 배터리를 넣지 않고, 체액과 반응해 전기를 생성하는 갈바닉 전지 원리를 사용한 것이다. 이 방식은 금속이 체액과 반응해 전류를 발생시키며, 이 전기를 통해 조율기가 작동한다. 이는 장치를 더 작고 가볍게 만들 수 있는 핵심 기술이다.

연구진은 여기에 머물지 않고, 여러 개의 심장 박동 조율기를 체내에 동시에 삽입해 사용하는 방안도 제안했다. 각 조율기가 특정 파장의 빛에만 반응하도록 설계하면, 외부 웨어러블 기기가 원하는 조율기만 선택적으로 작동시킬 수 있다. 이를 통해 심장의 다양한 부위를 동시에, 또는 차례로 정밀하게 조율할 수 있다. 예를 들어 심장의 방마다 박동 타이밍을 맞추거나, 인공 심장 판막과의 협력 작용을 통해 더욱 정교한 리듬 관리를 할 수 있게 된다.

이 장치의 효과와 안정성은 동물 실험과 인간 심장 실험에서 이미 검증되었다. 연구팀은 조만간 실제 환자를 대상으로 임상 시험을 진행할 계획이며, 상용화 가능성을 타진 중이다.

이번 기술은 심장 박동 조율기에 그치지 않고, 다양한 분야로 응용이 가능하다. 연구진은 신경계 질환 치료용 신경 자극기, 뼈 재생을 도와주는 장치, 특정 부위의 통증을 차단하는 통증 억제기 등으로도 기술을 확장할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 생분해성 기술의 장점은 치료가 끝나면 장치를 제거할 필요가 없다는 것이다. 이로 인해 회복 기간이 짧아지고, 수술 및 입원 비용이 줄어들며, 수술 관련 감염 가능성도 크게 줄어든다.

특히 수술 자체가 큰 부담이 되는 신생아나 어린이 환자에게는 이 기술이 새로운 가능성을 열어주는 안전하고 효과적인 치료 수단이 될 수 있다. 노스웨스턴 대학교 연구진이 개발한 이 심장 박동 조율기는 크기, 작동 방식, 생체 적합성 등 모든 면에서 기존 기술의 한계를 극복한 획기적인 의료 장비로 평가되고 있다.