만성 통증에 대한 미니 임플란트
- 건강의학 / 문광주 기자 / 2021-09-06 22:53:36
3'50"읽기
* 팽창식 임플란트는 수술 없이 만성 통증을 완화하는 데 도움
* 임플란트는 두께가 60마이크로미터에 불과한 유연한 전극 매트로 구성
* 임플란트가 외부 펄스 발생기에 연결되고 전극이 작은 전류 펄스를 척수에 직접 전달 시작
* 인간 환자에 대한 임상 시험이 2~3년 안에 시작될 수 있기를 바라고 있다.
수백만 명의 사람들이 특히 등의 만성 통증으로 고통받고 있다. 많은 경우에 진통제 또는 위약과 결합된 표적 운동 요법이 증상을 완화할 수 있다. 그러나 모든 일반적인 방법이 실패하고 수술조차도 도움이 되지 않는 경우가 많다. 통증이 사라지지 않는 것이다.
통증 차단제로서의 척수 전극
이러한 지속적인 통증에 대한 마지막 옵션은 척수 자극이다.
이 경우 전극이 척수에 이식되어 통증 전도를 차단하는 표적 전류 펄스를 전달한다.
선임 저자인 캠브리지 대학의 다미아노 바론(Damiano Barone)은 "척수 자극은 다른 방법이 도움이 되지 않을 때만 사용된다"고 설명했다. 매년 전 세계적으로 약 5만 건의 그러한 개입이 발생한다.
그러나 그들은 또한 단점도 가지고 있다.
한 가지 유형의 치료는 척수에 납작하고 패들 모양의 전극 패드를 배치하는 것인데, 이는 적용 범위가 좋지만 위험한 수술이 필요하다. 개별 전극은 주사기로 이식할 수도 있지만 작은 영역만 덮기 때문에 효율성이 떨어진다.
주입으로 적용 가능
Barone의 동료인 Christopher Proctor는 "우리의 목표는 복잡하고 위험한 수술을 필요로 하지 않는 효과적인 자극기라는 두 세계의 장점을 결합하는 것이었다"고 말했다. 팀은 이제 이것을 하는 데 성공할 수 있었다. 소프트 로봇 공학, 초박형 전자 장치 및 미세 유체 공학의 조합을 사용하여 여러 척추를 덮을 수 있지만 여전히 주사기를 사용해 작용 부위에 도달하는 평평한 전극 필드를 구성했다.
특히, 임플란트는 두께가 60마이크로미터에 불과한 유연한 전극 매트로 구성된다.
이것은 주사기에 들어갈 정도로 단단히 감쌀 수 있다.
하이라이트: 척수에 도달하면 작은 매트가 저절로 펼쳐진다. 이것은 매트에 통합된 작은 유체 채널과 부드러운 로봇에 사용되는 캐리어 재료 덕분에 자체적으로 돌이 펼쳐진다. 일종의 형상기억이다.
Microfluidics는 언롤링을 처리
임플란트가 제대로 주입되고 식립되면 물이 부풀어 오르고 일종의 미니어처 에어 매트리스처럼 펼쳐진다. "박막 전자 장치는 새로운 것이 아니지만 통합 유체 챔버는 우리 임플란트를 독특하게 만든다. 환자의 매트와 같은 모양으로 팽창될 수 있다"고 Proctor는 설명했다. 그런 다음 X-선 검사를 통해 전극 매트의 올바른 적합성을 확인한다.
모든 것이 올바르게 맞으면 임플란트가 외부 펄스 발생기에 연결되고 전극이 작은 전류 펄스를 척수에 직접 전달하기 시작한다. "우리의 첫 번째 버전은 너무 얇아서 X선에서 볼 수 없었다"고 캠브리지 대학의 벤 우딩톤(Ben Woodington)이 말했다. "그런 다음 두께를 변경하지 않고도 볼 수 있도록 약간의 텅스텐을 추가했다.“
첫 번째 테스트 유망
연구원들은 먼저 임플란트가 인체에 얼마나 잘 위치할 수 있는지 테스트했다.
이를 위해 신경외과 의사는 세 번째와 네 번째 요추에 전극 매트를 삽입했다. "이것의 의도는 임플란트의 실용적인 관리성을 테스트하는 것이었다"고 과학자들은 설명했다. 임플란트는 인간의 크기에 맞게 조정되기 때문에 마우스나 다른 작은 실험동물을 대상으로 하는 테스트에는 너무 크다.
테스트를 통해 전극 매트가 정확하게 이식되고 롤아웃될 수 있음이 확인됐다.
다음 단계에서는 더 큰 동물을 대상으로 한 테스트가 계획되어 있다. 방법이 거기에서도 입증된다면, 이것은 새롭고 덜 침습적인 형태의 척수 자극에 대한 길을 열 수 있다. 연구팀은 인간 환자에 대한 임상 시험이 2~3년 안에 시작될 수 있기를 희망한다.
Barone은 "이를 삽입하기 위해 수술이 필요하지 않은 이러한 임플란트는 고통으로 고통받는 많은 사람들에게 안도감을 제공할 수 있다"고 말했다. 또한 전극 매트는 파킨슨병 환자나 하반신 마비 환자의 척수 자극과 같은 다른 목적으로도 변형될 수 있다.
(Science Advances, 2021; doi: 10.1126 / sciadv.abg7833)
출처: University of Cambridge
* 팽창식 임플란트는 수술 없이 만성 통증을 완화하는 데 도움
* 임플란트는 두께가 60마이크로미터에 불과한 유연한 전극 매트로 구성
* 임플란트가 외부 펄스 발생기에 연결되고 전극이 작은 전류 펄스를 척수에 직접 전달 시작
* 인간 환자에 대한 임상 시험이 2~3년 안에 시작될 수 있기를 바라고 있다.
만성 통증에 대한 미니 임플란트
바늘로 척수에 전극 석고를 삽입해 통증을 차단한다.
팽창식 임플란트는 수술 없이 만성 통증을 완화하는 데 도움이 될 수 있다.
척수에 직접 삽입되어 통증의 전도를 억제하는 가벼운 전기적 서지를 방출한다. 하이라이트는 전극 석고가 단단히 말아서 간단한 주사기로 해당 부위에 가져올 수 있다는 것이다. 그래야만 주입된 액체를 통해 펼쳐지고 평평한 모양을 얻는다.
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| ▲ 새로운 유형의 임플란트는 완고한 요통에 도움이 될 수 있다. |
수백만 명의 사람들이 특히 등의 만성 통증으로 고통받고 있다. 많은 경우에 진통제 또는 위약과 결합된 표적 운동 요법이 증상을 완화할 수 있다. 그러나 모든 일반적인 방법이 실패하고 수술조차도 도움이 되지 않는 경우가 많다. 통증이 사라지지 않는 것이다.
통증 차단제로서의 척수 전극
이러한 지속적인 통증에 대한 마지막 옵션은 척수 자극이다.
이 경우 전극이 척수에 이식되어 통증 전도를 차단하는 표적 전류 펄스를 전달한다.
선임 저자인 캠브리지 대학의 다미아노 바론(Damiano Barone)은 "척수 자극은 다른 방법이 도움이 되지 않을 때만 사용된다"고 설명했다. 매년 전 세계적으로 약 5만 건의 그러한 개입이 발생한다.
그러나 그들은 또한 단점도 가지고 있다.
한 가지 유형의 치료는 척수에 납작하고 패들 모양의 전극 패드를 배치하는 것인데, 이는 적용 범위가 좋지만 위험한 수술이 필요하다. 개별 전극은 주사기로 이식할 수도 있지만 작은 영역만 덮기 때문에 효율성이 떨어진다.
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| ▲ 그림 1 MI-SCS의 설계 및 제작. (A) 척수 내에 이식된 장치의 개념적 단면과 척주 내에서 롤링 및 풀린 상태의 장치 렌더링. (B) 연결 튜브와 함께 포장되고 유도기 내부에 고정되기 전에 제작된 MI-SCS 장치. 삽입은 주석이 달린 구성 요소가 있는 장치 렌더 (C) MI-SCS 장치의 단면도. (D) 장치 아키텍처의 분해도. (E) 고유한 유연성을 입증하기 위해 튜브 주위에 나선형으로 감긴 장치의 광학 이미지. (F) 대표적인 전극 크기를 보여주는 튜브 구조에 위치한 장치의 광학 이미지. 사진 제공: 캠브리지 대학의 Ben Woodinton (출처: Electronics with shape actuation for minimally invasive spinal cord stimulation) |
주입으로 적용 가능
Barone의 동료인 Christopher Proctor는 "우리의 목표는 복잡하고 위험한 수술을 필요로 하지 않는 효과적인 자극기라는 두 세계의 장점을 결합하는 것이었다"고 말했다. 팀은 이제 이것을 하는 데 성공할 수 있었다. 소프트 로봇 공학, 초박형 전자 장치 및 미세 유체 공학의 조합을 사용하여 여러 척추를 덮을 수 있지만 여전히 주사기를 사용해 작용 부위에 도달하는 평평한 전극 필드를 구성했다.
특히, 임플란트는 두께가 60마이크로미터에 불과한 유연한 전극 매트로 구성된다.
이것은 주사기에 들어갈 정도로 단단히 감쌀 수 있다.
하이라이트: 척수에 도달하면 작은 매트가 저절로 펼쳐진다. 이것은 매트에 통합된 작은 유체 채널과 부드러운 로봇에 사용되는 캐리어 재료 덕분에 자체적으로 돌이 펼쳐진다. 일종의 형상기억이다.
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| ▲ (G) 장치가 작동된 후 후궁 절제술 및 척수 노출이 수행되었다. 이것은 이식된 장치의 위치를 직접 관찰하기 위한 것. 메인 이미지는 뒷면 하단의 Tuohy 바늘을 보여준다. |
Microfluidics는 언롤링을 처리
임플란트가 제대로 주입되고 식립되면 물이 부풀어 오르고 일종의 미니어처 에어 매트리스처럼 펼쳐진다. "박막 전자 장치는 새로운 것이 아니지만 통합 유체 챔버는 우리 임플란트를 독특하게 만든다. 환자의 매트와 같은 모양으로 팽창될 수 있다"고 Proctor는 설명했다. 그런 다음 X-선 검사를 통해 전극 매트의 올바른 적합성을 확인한다.
모든 것이 올바르게 맞으면 임플란트가 외부 펄스 발생기에 연결되고 전극이 작은 전류 펄스를 척수에 직접 전달하기 시작한다. "우리의 첫 번째 버전은 너무 얇아서 X선에서 볼 수 없었다"고 캠브리지 대학의 벤 우딩톤(Ben Woodington)이 말했다. "그런 다음 두께를 변경하지 않고도 볼 수 있도록 약간의 텅스텐을 추가했다.“
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| ▲ 그림 3 장치 및 수술 절차의 인체 사체 평가. (A) 척추 재구성 절차: 왼쪽 이미지는 추궁 절제술 후 표본에 노출된 경막이 어떻게 관찰되는지다. 오른쪽의 이미지는 경막의 척수를 통해 식염수를 안정적으로 재구성한 후의 경막 표면을 보여준다. (B) MI-SCS 장치는 탐침이 있는 Tuohy 바늘을 통해 척수에 배치된다. (C) 탐침이 제거되고 MI-SCS 유체 튜브가 작동 준비가 된 주사기에 연결 (D) 척주를 따라 rostrally 안내되는 장치의 형광투시 이미지. 파란색 상자는 Tuohy 바늘 위치를 나타내고 빨간색 상자는 MI-SCS 장치를 강조 표시 (E) 일련의 형광투시 이미지: 왼쪽에서 장치가 이식 및 배치되었지만 롤링된 상태에 있고 오른쪽에서 장치가 작동되어 더 넓은 장치 프로필로 표시. 더 어두운 수직선은 형광투시 마커의 위치를 나타낸다. (F) 인간 사체 척주 내에서 요오드 기반 조영제로 팽창된 MI-SCS 장치의 형광투시 이미지의 시계열. 왼쪽(롤)에서 오른쪽(풀림)으로. (G) 장치가 작동된 후 후궁 절제술 및 척수 노출이 수행되었다. 이것은 이식된 장치의 위치를 직접 관찰하기 위한 것. 메인 이미지는 뒷면 하단의 Tuohy 바늘을 보여준다. 이미지 삽입은 척수에 경막외로 놓이는 장치를 보여준다. 사진 제공: Mr. Christopher Constant, Evelyn Cambridge 외과 훈련 센터. (출처: 관련논문) |
첫 번째 테스트 유망
연구원들은 먼저 임플란트가 인체에 얼마나 잘 위치할 수 있는지 테스트했다.
이를 위해 신경외과 의사는 세 번째와 네 번째 요추에 전극 매트를 삽입했다. "이것의 의도는 임플란트의 실용적인 관리성을 테스트하는 것이었다"고 과학자들은 설명했다. 임플란트는 인간의 크기에 맞게 조정되기 때문에 마우스나 다른 작은 실험동물을 대상으로 하는 테스트에는 너무 크다.
테스트를 통해 전극 매트가 정확하게 이식되고 롤아웃될 수 있음이 확인됐다.
다음 단계에서는 더 큰 동물을 대상으로 한 테스트가 계획되어 있다. 방법이 거기에서도 입증된다면, 이것은 새롭고 덜 침습적인 형태의 척수 자극에 대한 길을 열 수 있다. 연구팀은 인간 환자에 대한 임상 시험이 2~3년 안에 시작될 수 있기를 희망한다.
Barone은 "이를 삽입하기 위해 수술이 필요하지 않은 이러한 임플란트는 고통으로 고통받는 많은 사람들에게 안도감을 제공할 수 있다"고 말했다. 또한 전극 매트는 파킨슨병 환자나 하반신 마비 환자의 척수 자극과 같은 다른 목적으로도 변형될 수 있다.
(Science Advances, 2021; doi: 10.1126 / sciadv.abg7833)
출처: University of Cambridge
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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