[국가생명공학정책연구센터] 이식형 생체전자 시스템을 통한 장기 이식 거부반응 모니터링

국가생명공학정책연구센터에서 해외에서 발표된 기술을 요약하여 발표하였다 (BioINwatch).

 

[주요출처]

▶ Science, Implantable bioelectronic systems for early detection of kidney transplant rejection, 2023.09.07

▶ 국가생명공학정책연구센터 - 지식 - BioINwatch

 

▶ 요약: 장기 이식 초반 감지가 어려운 거부반응을 실시간으로 장기간 모니터링 할 수 있는 이식형 생체전자 시스템 (implantable bioelectronic systems)을 개발한 연구결과가 발표. 이러한 모니터링 정보는 면역억제제에 대한 개인별 투여 전략 수립 및 면역억제제의 효능을 이해하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.

 

[배경]

▶  장기 이식은 수혜자의 수명을 상당히 연장할 수 있지만, 기증자와 수혜자 사이의 백혈구 항원 유전자형 (leukocyte antigen genotype) 불일치로 인해 이식 거부반응이 발생한다. 장기 이식 이후 생존율은 1년  92.7%, 5년  77.6%, 10년  49.5%로 거부 반응이 사망의 주요 원인으로 조사되었다.

 

▶ 이식 거부를 탐지하기 위한 현재의 최적 표준 (gold standard)으로 신장 피질 조직의 생검 (biopsy)을 시행하나, 위험성 때문에 이식 후 처음 24개월간 또는 관찰이 요하는 경우 1~2회 정도 드물게 시행되고 있다.

 

[연구개발]

▶ 이러한 한계를 극복하기 위한 방법으로 장기 이식 실패를 추적할 수 있는 생체전자공학 (bioelectronics) 기반의 연구결과가 발표되었다. 이식 거부와 관련된 염증 과정을 감지하기 위해 이식된 장기의 국소온도와 열전도도를 실시간으로 장기간 모니터링 할 수 있는 이식형 생체전자 시스템을 제작하였다.

 

▶ 이식형 생체전자 시스템은 무선 전자장치(모듈)와 이에 연결된 바이오 센서로 구성하였다. 캡슐화된 바이오센서는 이식된 신장 표면에 장착되어 신장의 온도와 열전도도를 측정하였다. 

     - 초소형 (~ 0.3 x 0.7cm2), 신축성 (20% 신축성), 유연성 (굽힘반경 ≥ ~ 2.8mm), 초박형 (~220um),

      부드러운 (0.13um ± 0.02 면적 표면 거칠기)센서 설계를 통해 장기 표면에서 부드럽고 매끄러운 인터페이스를 제공

 

 

▶ 전자장치는 봉합사로 신장 근처 복벽에 고정하며, 센서와 전자장치를 전선으로 연결하였다. 전자모듈에는 센서 판독 회로와 제어, 데이터 전송을 위한 Bluetooth 저에너지 시스템 칩, 전원 공급용 코인 셀 배터리가 포함되어 있다. 자유롭게 움직이는 동물에 대한 실시간, 지속적인 데이터 수집은 부작용 없이 2개월 이상 안정적으로 작동하는 것을 확인하였다.

 

▶ 이 연구는 무증상 급성 거부반응을 탐지하는 기술로서 신장의 온도와 신장의 열전도도의 생물리학적 측정을 확립하였다. 침습적 생검과 비교하여 수술 회복, 약물의 영향, 일주기 리듬, 운동/활동 및 이식 거부에 대한 밀도 있는 장기적인 실시간 정보를 제공한다. 신장의 온도값은 면역억제 요법을 중단하거나 투여하지 않는 경우 거부반응에 대한 조기 경고를 제공한다.

 

▶ 이러한 이식형 장치를 인체에 적용하려면 더 큰 동물을 대상으로 한 실험을 통해 안전성과 기능성을 확인할 필요하다. 또한 이식된 장치에 대한 이물질 반응을 고려하는 것도 중요한데, 심장 박동기와 같은 이식형 장치는 혈관 섬유증 및 조직 피막화를 유발하여 장기간 적용을 제한한다. 위와 같은 장애물을 극복하여 이식형 생체전자 시스템이 인체에 성공적으로 적용된다면 환자 및 이식된 장기의 모니터링을 위한 기존 바이오마커에 비해 상당한 개선이 있을 것으로 기대된다.

 

 

이식형 생체전자 시스템을 통한 장기 이식 거부반응 모니터링 (bioin.or.kr)

이식형 생체전자 시스템을 통한 장기 이식 거부반응 모니터링