美 연구팀 "이식 신장에 센서 부착…온도·열전도도 측정으로 염증 발생 관찰"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 미국 연구팀이 이식된 신장에 직접 부착해 거부반응으로 인한 이식 실패를 조기에 발견할 수 있는 이식형 센서를 개발하고 신장 이식 쥐 모델 실험을 통해 성능을 검증했다.
미국 노스웨스턴대 로렌조 갤런·존 로저스 교수팀은 8일 과학저널 '사이언스'(Science)에서 이식된 장기의 온도와 열전도도를 실시간 측정하는 이식형 센서를 신장 이식 쥐 모델에 삽입, 염증 발생 여부를 측정한 결과 신장 기능 생체지표보다 2~3주 일찍 실패 징후를 포착할 수 있었다고 밝혔다.
갤런 교수는 "많은 환자가 자기 몸이 이식된 장기를 거부하는지 알지 못해 불안해하며 생활한다"며 "이번에 개발한 장치로 지속해서 거부 반응 여부를 관찰하면 환자들이 안심과 마음의 평안을 얻을 수 있을 것"이라고 말했다.
신장 이식은 말기 신장 질환 환자의 생명을 구할 수 있는 사실상 유일한 방법이지만 이식 후 생존율을 높이는 것은 여전히 어려운 과제다. 장기에 대한 거부반응은 이식 직후는 물론 수십 년 후에도 나타날 수 있다.
신장 이식 거부 반응을 초기 단계에 발견하면 대응이 가능하지만 조기에 발견하기는 어렵다. 장기 생체검사나 혈액·소변 검사 등이 사용되지만 수술이 필요하거나 지속적이지 못하고 부정확하며 거부 징후 발견에 긴 시간이 걸리는 등 많은 문제가 있다.
연구팀은 이 연구에서 이식 거부 반응의 시작 또는 초기 단계를 감지하는 신뢰할 수 있는 비침습적 기술 개발을 위해 이식 수술을 할 때 신장 표면에 삽입해 온도와 열전도도를 측정할 수 있는 초소형 생체전자 센서를 만들었다.
일반적으로 온도 상승은 염증을 동반하기 때문에 비정상적인 온도 상승과 이례적인 온도 변화를 감지하면 이식 거부 반응에 대한 조기 경고 신호를 얻을 수 있다고 연구팀은 설명했다.
신축성 소재로 만든 이 생체전자 센서는 가로 0.3㎝, 세로 0.7㎝, 두께 220㎛로 손톱보다 작고 머리카락 정도로 얇은 초박형이다.
이 센서는 신장을 감싸고 있는 신피막(腎被膜·renal capsule)과 신장 사이에 이식돼 신장 염증과 관류의 지표로 사용되는 온도와 열전도도를 실시간으로 측정, 수형 무선 통신 모듈을 통해 스마트폰 등으로 전송한다.
연구팀은 신장 이식 쥐 모델에 센서를 삽입하고 관찰하는 실험에서 이식된 신장이 거부 반응을 일으키기 전 온도가 0.6℃ 상승하는 현상을 발견했다.
연구팀은 센서 측정 정보를 통해 거부반응이 시작되는 것을 면역 억제 치료를 받지 않은 동물의 경우 혈액 생체지표가 나타나기 약 3일 전, 면역 억제 치료를 받은 동물은 약 2~3주 전에 발견할 수 있었다고 밝혔다.
로저스 교수는 "거부반응을 조기에 발견하면 의사는 거부반응 방지 요법으로 환자 건강을 개선하고 기증된 장기를 잃는 것을 막을 수 있다"며 "거부반응을 무시하면 이식된 장기를 잃고 물론 최악의 경우 생명을 위협받을 수 있다"고 말했다.
연구팀은 앞으로 이 센서 시스템을 더 큰 동물 모델에서 실험하고 한번 이식으로 평생 사용할 수 있는 충전시스템을 모색할 계획이라며 이 시스템을 신장 외에도 간과 폐 등 다른 장기이식에도 적용할 수 있을 것이라고 밝혔다.
파리-사클라이대 모하마드 자이단 교수와 파디 라키스 교수는 함께 게재된 논평(Perspective)에서 "이런 장치를 이식할 때 동반될 수 있는 이물질 반응을 고려하는 것도 중요하다"며 "장치 삽입으로 인한 혈관 섬유화 등으로 장기간 사용에 제한이 있을 수 있다"고 지적했다.
하지만 "이 시스템에는 극복해야 할 몇 가지 장애물들이 남아 있지만 지속적인 모니터링을 임상 진료에 통합하는 것은 환자 맞춤형 장기이식 치료를 향한 중요한 진전이 될 수 있다"고 덧붙였다.
◆ 논문 출처 : Science, Surabhi Madhvapathy et al. 'Implantable bioelectronic systems for early detection of kidney transplant rejection' https://doi.org/10.1126/science.adh7726
Science, Mohamad Zaidan et al. 'Tracking kidney transplant fitness' https://doi.org/10.1126/science.adj9517
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