부정맥 발생 부위를 진단해 큰 충격 없이도 치료할 수 있는 길이 열였다. 현재의 삽입형 제세동기가 효과적인 부정맥 치료 방법이지만 도끼로 찍히는 듯한 강력한 전기 충격으로 통증을 동반하는 단점을 극복하기 위한 아이디어를 서울대병원과 기초과학연구원(IBS) 연구진에 의해 제시됐다.

 

14일 서울대병원에 따르면 순환기내과 이승표 교수와 서울대 공대 김대형(IBS 나노입자연구단 부연구단장)·현택환 교수(IBS 나노입자연구단장) 공동 연구팀이 부정맥 발생 부위를 진단해 충격 없이도 치료할 수 있는 '다채널 전기 자극 어레이'를 개발하고 동물 모델을 통해서도 효과를 검증했다.

   이 승표 교수       김 대형 교수          현 택환 교수

 

부정맥은 심장에서 생성하는 전기 신호에 이상이 생기는 질환으로, 특히 심실세동과 심실빈맥은 치명적인 부정맥이다. 대개 갑자기 발생해 급사할 수 있어 부정맥 위험이 높은 심부전 환자는 예기치 못한 악성 심실 부정맥을 발생하는 즉시 치료하기 위해 삽입형 제세동기를 체내에 이식한다.

 

삽입형 제세동기는 부정맥이 시작된 부위만 자극할 수 없어서 불가피하게 심장 전체에 영향을 미칠 만큼 강한 전기충격을 발생시켜 부정맥을 차단한다. 이 충격을 통해 심장 전기 신호의 이상을 리셋하고, 박동을 정상화하는 것이다.

 

그러나 제세동기 충격은 환자에게 통증을 일으킬 뿐 아니라 심장의 정상적 수축 기능을 방해할 수 있어 개선이 필요한 상황이었다. 이에 연구팀은 부정맥 시작 부위를 정확히 찾아내고, 해당 부분에만 전기 자극을 적게 가해 충격을 최소화할 수 있는 나노 소재 기반 다채널 전기 자극 어레이를 제작했다.

 

이 어레이는 8개 또는 32개 전극 채널을 4×2 또는 8×4 로 배치해 각 전극을 통해 심장 각 부위에서 전기 신호를 측정한다. 이를 부정맥이 잘 발생하는 심근경색 동물 심장 모델에 적용한 결과, 부정맥 시작 지점을 정확히 진단할 수 있었다.

 

또한, 강한 단발성 충격을 주는 기존 삽입형 제세동기와 달리, 부정맥이 시작하는 부위를 특정해 심장에서 감지하지 못할 정도로 약한 전기 자극(역치하 자극)을 연속적으로 발생시켜 부정맥 전기 신호를 차단할 수 있다. 큰 충격 없이도 악성 심실 부정맥을 '조용하게' 치료할 수 있는 가능성을 확인한 것이다.

 

이승표 서울대병원 순환기내과 교수는 “악성 심실 부정맥을 치료하기 위한 강한 제세동 충격을 두려워하는 환자들이 많다”며 "이번 연구는 부정맥을 통증 없이 사전에 차단 할 수 있음을 확인하고 부정맥 치료의 발전에 중요한 단서를 제공했다”고 말했다. 더불어 "이번에 검증된 기술을 실제 부정맥 환자들에게도 적용할 수 있도록 더 큰 어레이로 성능을 향상시키고, 부정맥 진단·치료·예방의 자동화 알고리즘을 개발하는 연구를 추진할 것"이라고 덧붙였다.

 

기초과학연구원(IBS)의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 성과는 미국과학진흥협회의 국제학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 최근호에 게재됐다.

 

 

 

삽입형 제세동기와 다채널 전극 어레이의 구조. 기초과학연구원(IBS) 제공