美대학, 뼈에 컴퓨터 심었다···뼈 건강상태 실시간 영구 전송

미국 애리조나대 연구원들이 뼈와 영구적으로 결합해 무선으로 뼈 건강 데이터를 내 보내는 초박형 건강 모니터링 장치를 개발했다.

골다공증 등의 질환과 관련된 뼈 부상 환자들의 입원 일수는 심장발작증, 유방암, 전립선암 보다 길다.

의사들은 이 획기적 발명을 통해 시간 경과에 따른 골다공증 환자의 뼈 건강상태 모니터링은 물론 뼈를 다친 환자들이 부상 후 얼마나 잘 치유되고 있는지를 관찰할 수 있게 됐다.

이 대학 연구팀이 뼈표면 전자장치(osseosurface electronics)로 부르는 이 새로운 기기들은 1센트 짜리 동전 크기에 종이 한 장 두께의 유연한 패키지로 구성돼 있으며 그 안에 센서들을 포함하고 있다.

▲뼈 외부 전자장치는 1센트 크기에 종이 한 장 두께에 센서장치들이 들어간 패키지로 구성된다. (사진=애리조나대 거트러프 랩)

이 장치는 뼈에 대한 데이터를 실시간으로 스마트폰이나 다른 기기에 무선 전송할 수 있다. 또한 배터리도 필요 없으며, 대신 근거리통신(NFC)을 사용해 외부에서 전력을 전송받는다.

연구의 공동 저자인 존 시벡 애리조나대 정형외과 및 생물의공학 교수는 이 장치가 뼈에 장기간 붙어있도록 하기 위해 뼈 성분인 인산칼슘 세라믹 입자가 함유된 특수 접착제를 만들어 뼈가 그 위에서 자랄 수 있게 했다. 이는 시간 경과에 따라 뼈 외부 층이 벗겨지면서 장치를 느슨하게 만드는 일반 접착제와 달리 전자장치를 뼈에 영구적으로 붙어있게 만든다.

뼈표면 전자장치는 그 위에서 움직이는 근육에 자극을 주거나 염증을 일으키지 않을 정도로 충분히 얇게 설계돼 뼈와 잘 밀착된다.

이 연구의 공동 저자인 이 대학 필립 거트러프 생물의학 조교수는 “뼈는 기본적으로 이 장치가 그것의 일부라고 생각하며 센서 위로 자란다. 이는 뼈와 영구적 결합을 형성하고 오랜 시간에 걸쳐 측정을 할 수 있게 해준다”고 설명했다.

이 장치는 결국 골다공증과 같은 질환이 있는 사람들에게 이식돼 뼈 건강을 장기적으로 관찰할 수 있게 될 것으로 기대된다. 또는 의사들이 골절 등 뼈를 다친 환자들의 뼈 치유 상황을 지켜볼 수 있게 해 준다. 이는 특히 골절되기 쉬운 골다공증 같은 질환이 있는 환자에게 도움이 될 수 있다.

▲무선센서가 뼈속에 심어져 떨어지지 않고 영구히 건강 데이터를 실시간으로 모니터링한다. 사진은 합성뼈에 이식된 뼈표면 전자장치의 모습. (사진=애리조나대 거트러프 랩)

의사는 뼈가 얼마나 빨리 그리고 얼마나 잘 치유되는지를 알아 임상 치료시 더 많은 정보에 기반해 부목이나 보철 제거 등에 대한 결정과 판단을 하게 된다.

뼈 치유 속도를 높이거나 골밀도를 높이기 위해 약을 처방 받는 환자도 있지만 부작용이 있을 수 있다. 하지만 근접 뼈 모니터링은 약물 복용량에 대해서도 더 많은 정보에 입각한 의료적 결정을 내릴 수 있게 한다.

거트러프 교수와 크레이그 버지 공대 교수는 “비록 아직 인체용으로 시험되거나 승인되지는 않았지만 이 뼈 이식형 무선장치는 언젠가 건강 감시는 물론건강을 향상시키는 데 사용될 수 있을 것”이라고 말했다.

연구팀은 동물들을 대상으로 이 장치를 실험해 크고 작은 동물 모델에 이식할 수 있고 스마트폰으로도 실시간 데이터를 읽을 수 있다는 것을 보여줬다. 물론 이 연구는 아직 초기 단계이며, 얼마나 실용적일지는 아직 결정되지 않았다. 하지만 그럼에도 불구하고 그것은 흥미롭다.

이 장치에 대한 연구 결과는 지난 18일자 네이처 커뮤니케이션즈에 게재된 논문에 설명돼 있다.

이재구 기자

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