POSTECH(포항공과대학교·총장 김무환)은 박성민 교수, 강원옥 대학원생 연구팀이 송영민 삼성서울병원 교수 연구팀과 공동연구로 뇌절제술을 시행하지 않고 개별환자의 뇌 구조에 맞춰 뇌 심부를 자극하는 방법으로 난치성 뇌전증을 치료할 수 있는 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

난치성 뇌전증 환자의 경우 최근 뇌를 절제하는 수술 대신 뇌심부자극술(deep brain stimulation, DBS)이 주목받고 있다. 뇌심부자극술은 말 그대로 뇌전증의 원천이 되는 뇌 깊은 곳에 전극을 심고 전기자극을 주는 방식이다. 발작 전 대비 70% 이상 발작빈도를 줄이고, 발작 강도를 약화시킬 수 있는 신의료기술로 평가된다. 

하지만 지금까지의 뇌심부자극술은 개개인의 뇌 영역의 구조를 반영하지 못하고 획일적인 방식으로 뇌를 자극해왔다. 이로 인해 목표 신경조직이 아닌 다른 신경조직에도 불필요한 자극을 가해 통증이나, 불안, 우울감이 증가하는 부작용이 있었다. 또 전극의 배터리 소모량이 과다하게 증가하는 단점도 발생됐다.

공동연구팀은 쥐 모델을 활용해 Sequential Narrow Field (SNF) stimulation이라는 새로운 자극방식을 고안했다. 측두엽 간질에서 가장 흔한 발작 시점인 해마체는 그 크기가 크고 길쭉한 형태인데 센서를 통해 발작이 발생하는 시점을 감지하고, 해마체에만 저강도의 뇌 자극을 집중토록 했다. 

SNF stimulation을 적용한 결과, 발작이 일어나는 시점을 정확히 감지, 즉각적인 발작증상 완화가 가능했다. 발작시작영역인 해마 구조만을 선택적으로 자극하고 주변 신경조직에는 큰 영향을 주지 않았다. 연구팀에 의하면 기존의 뇌심부 자극술보다 더 안전하고 유효한 방법으로 타 뇌질환으로의 확장이 가능한 생체전자기기 기술을 기반으로 한 혁신 의료 솔루션으로의 발전이 기대된다. 

손영민 삼성서울병원 신경과 (의공학연구센터장) 손영민 교수는 "이 방식은 쉽게 임상 적용도 가능해서 앞으로 난치성 뇌전증 조절을 위한 최적의 치료법이 될 것으로 기대된다"고 말했다. 

연구를 주도한 박성민 교수는 "이번 연구는 고난이도인 뇌자극술과 관련된 공학과 의학이 융합된 ‘미래형 융합의료솔루션 연구’로 더욱 정밀하고 개인화된 의료기기 개발에 적용할 수 있다"며 "특히, 삼성서울병원과 협업해 임상에 적용이 가능한 매우 실용적인 공학기반의 의료솔루션"이라고 연구 의미를 설명했다. 

이번 연구는 STEAM 연구사업(미래유망융합기술파이오니어 사업) 과제 '신경 항상성 불균형 난치성 만성질환의 극복을 위한 완전 자율형 뉴럴리셋 시스템 개발' 및 '난치성 질환 극복을 위한 개인 맞춤 지능형 전자약 개발'(연구중심병원 지원사업) 지원으로 수행됐다. 연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다. 

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-35540-7