'알약 몇 개만 꿀꺽' 몸 속에서 병 찾아 공격하는 로봇의료팀 뜬다

2019.11.03 12:00
김창세 한국마이크로의료로봇연구원(KIMIRO) 교수 연구팀은 생검 모듈(오른쪽), 약물 방출 모듈(왼쪽 아래), 타투잉 모듈 등 다양한 역할을 수행하는 캡슐내시경들을 개발했다고 밝혔다. 조승한 기자 shinjsh@donga.com
김창세 한국마이크로의료로봇연구원(KIMIRO) 교수 연구팀은 생검 모듈(오른쪽), 약물 방출 모듈(왼쪽 아래), 타투잉 모듈 등 다양한 역할을 수행하는 캡슐내시경들을 개발했다고 밝혔다. 조승한 기자 shinjsh@donga.com

몸 안을 돌아다니며 병이 난 부위를 찾아 영상을 찍는 것을 넘어 인체 조직을 잘라내거나 약물을 주입하고 의심 부위를 표시하는 캡슐형 내시경이 개발됐다. 그간 캡슐내시경은 작동에 필요한 신호와 전기를 받기 위한 선이 없어 편리하다는 평가를 받고는 있었다. 하지만  병이 난 부분을 치료하려면 별도로 내시경을 삽입해야 했다. 이번에 개발된 캡슐내시경은 이 모든 문제를 한번에 해결하는 기능이 들어 있다는 평가다. 

 

김창세 한국마이크로의료로봇연구원(KIMIRO) 교수(전남대 기계공학과) 연구팀은 지난달 31일 광주 북구 연구원 본원에서 열린 ‘한국과학기자협회 의과학미디어세미나’에서 기존 캡슐형 내시경과 달리 치료와 시술까지 수행 가능한 캡슐내시경을 처음 공개했다. 캡슐내시경은 외부 장치와 선으로 연결된 일반 내시경과 달리 캡슐에 촬영 카메라와 영상 저장장치가 모두 들어있어 삼키기만 하면 내장 안을 들여다보는 로봇형 내시경이다.

 

캡슐내시경은 단순히 영상만 촬영하고 저장하는 1세대에서 몸 안을 이동하는 2세대, 이번처럼 몸 안을 돌아다니며 촬영과 치료를 함께 하는 3세대형으로 발전하고 있다. 1세대 캡슐내시경은 자체 운동기능 없이 장의 연동으로만 내려가면서 소장 내부를 촬영하는 방식이다. 2세대는 외부 전자기장에 의해 캡슐내시경이 인체 내부를 원하는 대로 이동하면서 소장을 넘어 위와 대장까지 촬영한다. 3세대는 한발짝 더 나아가 캡슐내시경 자체가 스스로 치료와 시술까지 수행하는 방식이다. 

 

3세대 캡슐내시경에 내부에 들어간 장치 특성에 따라 다양한 기능을 수행한다. 한국마이크로의료로봇연구원 제공
3세대 캡슐내시경에 내부에 들어간 장치 특성에 따라 다양한 기능을 수행한다. 한국마이크로의료로봇연구원 제공

이번에 공개한 3세대 캡슐내시경은 지름 1㎝, 길이 2㎝에 다양한 모듈로 구성된다. 생검모듈은 병이 의심되는 조직 부위를 떼어내는 임무를 수행한다. 기존에는 캡슐내시경이 병이 의심되는 부위를 발견하면 별도로 내시경을 추가로 몸안에 넣어 조직을 채취했지만 3세대 캡슐내시경은 이를 동시에 할 수 있다. 캡슐내시경에는 이런 이유로 조직채취에 사용하는 작은 칼날을 넣었다. 소형 칼날은 내장 배터리 없이 외부 전자기장에 의해 캡슐 속 자성체가 움직이면서 칼날을 돌린다. 이 칼날이 조직을 깎아내고 조직을 캡슐 속에 보관한다.

 

약물주입모듈은 병이 의심되는 부위에 바로 약물을 전달한다. 소화기관 질환은 약을 먹거나 정맥주사로 투입하는데 병에 걸린 부위까지 전달되는 약물은 극소량이어서 치료 효능이 낮다. 새 캡슐내시경은 병을 발견하면 외부 전자기장에 따라 작동하는 장치가 약 분말을 섞고 가스가 만든 압력이 피스톤을 밀어내 약물을 방출한다.


연구팀은 병이 의심되는 부위를 염색하는 ‘타투잉’ 모듈도 개발했다. 내시경에 외부 전자기장에  튀어나오는 바늘을 달았다. 병 부위에 다다르면 바늘을 찔러넣어 약물 대신 잉크를 주입힌다. 외부에 뿌리기만 하면 금세 씻겨나가기 때문에 피부 아래 잉크를 넣도록 설계했다. 김 교수는 “의사들이 내시경으로 병에 걸린 부위를 찾아도 시술을 하려면 다시 찾아야 하는 어려움이 많다는 의견을 냈다"고 말했다. 

 

엄지손가락보다 작은 내시경에 새 기능을 넣으려면 한계가 많다. 삼킬 수 있는 알약 크기만한 공간에 새 기능을 넣으려면 전혀 다른 작동 방식을 고려해야 한다. 외부와 연결된 선이 없고 배터리를 넣을 공간도 없어 캡슐내시경을 움직이려면 외부 전자기장을 활용해야만 한다. 김 교수는 “의료기기로써 안전성과 성능을 확보하는 것도 어려웠다”며 “동물 소화기관 모델 및 동물실험을 통해 검증하고 평가하는 과정을 거쳤다”고 말했다.

 

다양한 캡슐내시경은 모델 실험과 동물 실험 등을 통해 기술을 입증했다. 왼쪽부터 약물전달 캡슐, 생검캡슐, 타투잉 캡슐. 한국마이크로의료로봇연구원 제공
다양한 캡슐내시경은 모델 실험과 동물 실험 등을 통해 기술을 입증했다. 왼쪽부터 약물전달 캡슐, 생검캡슐, 타투잉 캡슐. 한국마이크로의료로봇연구원 제공

아직 동물실험 단계로 임상 등 상용화까지는 남은 과제가 많다. 기술 개발에 참여한 방승민 연세대 소화기내과 교수는 “실제 임상 현상에 적용하려면 생검 조직을 회수하는 등 해결해야 하는 과제가 많다”며 “다양한 모듈을 장착한 캡슐내시경은 별도의 내시경이 필요 없어 소화기 질환 진단과 치료에 새 패러다임을 제시할 수 있을 것”이라고 말했다.

 

박종오 한국마이크로의료로봇연구원장은 “3세대 캡슐내시경이라는 개념은 한국이 처음으로 쓰고 있다”며 “캡슐내시경을 포함한 마이크로의료로봇은 한국의 특화 전략 기술로 성장할 수 있을 것"이라고 말했다. 

 

이번 생검 모듈에 관한 연구결과는 지난 7월 29일 국제학술지 국제전기전자기술자협회(IEEE) 엑세스’에, 타투잉 모듈은 같은 달 16일 국제학술지 ‘플로스원’에 소개됐다. 약물전달 모듈에 관한 연구결과는 한국제어로봇시스템학회가 발간하는 국제학술지 ‘제어, 자동화 및 시스템 저널’ 9월 23일자에 실렸다.

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