과학자들은 초음파를 사용하여 복잡한 뇌 혈관을 통해 마이크로버블 로봇을 안내합니다.

연구자들은 초음파를 사용하여 작고 복잡한 뇌 혈관을 통과하도록 안내하는 버블 마이크로 로봇을 개발했습니다. "마이크로 차량"은 쥐를 대상으로 성공적으로 테스트되었으며 뇌암 및 뇌졸중과 같은 상태를 치료하기 위해 약물을 정확하게 전달하는 수단이 될 수 있습니다.

우리 뇌에는 650km가 넘는 혈관이 있습니다. 나노기술의 발전으로 작고 복잡한 경로를 통해 이전에는 접근할 수 없었던 영역을 탐색하고 정확한 약물 전달을 제공하며 최소 침습 수술을 수행할 수 있는 소형 로봇의 개발이 가능해졌습니다.

혈관 네트워크의 복잡성과 혈류 압력을 고려할 때 마이크로 로봇을 안내하는 방법이 필요합니다. 자기장을 사용하여 뇌 혈관을 통해 마이크로 로봇을 유도하면 정밀한 조작이 가능하지만 마이크로 로봇은 자성을 띠어야 하기 때문에 생분해성이 제한됩니다.

이제 ETH 취리히(ETH Zurich), 취리히 대학(University of Zurich), 취리히 대학 병원(University Hospital Zurich)의 연구원들은 초음파를 사용하여 쥐 뇌의 좁고 복잡한 혈관을 탐색할 수 있는 미세 운반체(지질로 코팅된 가스로 채워진 미세 기포)를 개발하기 위해 협력했습니다.

이번 연구의 교신저자 중 한 명인 다니엘 아메드(Daniel Ahmed)는 “초음파는 의료 분야에서 널리 사용되는 것 외에도 안전하며 인체 깊숙이 침투할 수 있다”고 말했다.

가스로 채워진 이 작고 매끄러운 미세 기포는 직경이 1.1~1.4미크론이며 현재 초음파 영상에 사용되는 형광 조영제로 만들어집니다. 시간이 지남에 따라 체내에서 용해되고 지질 껍질은 생물학적 세포막과 동일한 물질로 만들어집니다.

실시간 광학 이미징과 결합된 음향 마이크로로봇 탐색 DelCampo Fonseca et al. 마이크로로봇이 체내에서 오랫동안 용해될 수 있고 지질 껍질이 생물학적 세포막과 동일한 물질로 만들어졌다는 사실을 발견했습니다.

연구진은 쥐에게 마이크로버블을 주입하고 마이크로버블이 동물의 혈액 속에서 순환하도록 했습니다. 현미경을 사용하면 로봇의 실시간 이미징이 가능합니다. 연구진은 생쥐의 머리 바깥쪽에 최대 4개의 초음파 센서를 장착한 결과, 마이크로로봇이 스스로 떼를 짓고 뇌 혈관을 따라 이동하면서 음파에 반응한다는 사실을 발견했습니다.

로봇은 최대 1.5 마이크론/초의 속도로 각 센서의 출력을 조정하여 안내되며 최대 10mm/초의 혈류 속도로 반대 방향으로 성공적으로 움직입니다. 결과는 음향 미세 조작기가 생체 내 생리학적 조건 하에서 작동할 수 있음을 보여줍니다. 연구진은 초음파 구동 후 뇌 조직을 분석한 결과, 마이크로로봇이 혈관 내벽을 손상시키거나 신경세포 사멸을 일으키지 않는 것으로 나타났다.

이미 사용 중인 물질로 미세 기포를 생성하는 것은 장점이 있습니다. Ahmed는 "이러한 기포 또는 소포는 이미 인간 사용이 승인되었기 때문에 우리 기술은 현재 개발 중인 다른 유형의 마이크로캐리어보다 더 빨리 인간 치료에 승인될 가능성이 높습니다"라고 말했습니다.

이제 마이크로로봇이 생쥐의 뇌 혈관을 탐색할 수 있다는 것을 입증했으므로 연구자의 다음 단계는 약물 분자를 마이크로 버블 껍질 외부에 부착하는 것입니다. 성공한다면 초음파로 활성화된 마이크로캐리어는 잠재적으로 암, 뇌졸중, 정신 질환 치료에 사용될 수 있습니다.

이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 저널에 게재됐다.