연구원들은 전자 장치가 쥐의 뇌에 이식될 때 간질 발작을 감지하고 종료할 수 있음을 보여주었습니다.
당사의 뇌 뉴런이라고 불리는 세포는 메시지를 보내는 주변의 다른 뉴런을 자극하거나 억제합니다. 메시지 전달을 '흥분'시키는 뉴런과 '중단'하는 뉴런의 섬세한 균형이 있습니다. 모든 연령대와 성별에 영향을 미치는 만성 뇌 질환인 간질이라고 하는 상태에서는 뇌의 뉴런이 발화하기 시작하고 이웃 뉴런에도 동시에 발화하도록 신호를 보냅니다. 이것은 '흥분한' 활동과 '멈추는' 활동 사이의 불균형으로 이어지는 확대 효과를 유발합니다. 이 전기적 활동의 근본 원인은 신경 세포에서 발생하는 복잡한 화학적 변화로 생각됩니다. 발작은 전기 충격이 정상 한계를 벗어날 때 발생합니다. 발작은 사람의 의식이나 운동 조절에 영향을 미칩니다. 발작 자체는 질병이 아니라 뇌의 여러 장애의 징후입니다. 일부 발작은 눈에 띄지 않지만 일부는 사람을 무력화시킵니다. 발작에는 여러 종류가 있지만 위의 유형은 간질과 관련이 있습니다. 간질은 전 세계적으로 약 50천만 명이 앓고 있는 가장 흔한 신경계 질환 중 하나입니다. 간질에 대한 가장 일반적인 치료법은 다음을 사용하는 것입니다. 간질 환자 벤조디아제핀과 같은 약물은 심각한 부작용이 있을 뿐만 아니라 간질 환자의 30%에서 발작 예방에도 효과가 없습니다. 간질이 있는 사람과 그 가족은 특히 저소득 및 중간 소득 국가에서 이 질병과 관련된 낙인과 차별에 직면해야 합니다.
캠브리지 대학, École Nationale Supérieure des Mines 및 INSERM의 영국 및 프랑스 연구원 팀은 쥐의 뇌에 이식했을 때 발작의 첫 징후를 감지할 수 있는 전자 장치를 보여주었습니다. 이 탐지 후, 그것은 뇌 내부에 천연 뇌 화학 물질을 전달할 수 있었고, 이는 발작이 더 이상 지속되는 것을 억제했습니다. 그들의 혁신적인 연구는 과학 발전.
전자 장치는 얇고 부드러우며 유연하며, 유기적인 필름을 사용하면 인간 조직과 잘 연결될 수 있습니다. 또한 뇌 손상이 최소화되므로 안전합니다. 이들의 전기적 성질 유기적인 필름을 사용하면 살아있는 조직과의 인터페이스가 필요한 의료 응용 분야에 이상적으로 적합합니다. 장치에 들어 있는 신경전달물질이나 약물은 발작이 시작된 지점을 표적으로 삼아 뉴런에 신호를 보내 발작을 중단하도록 합니다. 이로 인해 발작이 중단됩니다. 이 신경전달물질을 뇌의 영향을 받은 부분으로 운반하기 위해 신경 탐침이 사용되었습니다. 이 프로브에는 잠재적 발작에 대한 뇌 활동을 모니터링하는 미니 이온 펌프와 전극이 포함되어 있습니다. 프로브 전극이 발작과 관련된 신경 신호를 감지하면 이온 펌프가 활성화되어 전기장을 생성합니다. 이 전기장은 기술적으로 환자가 신경전달물질 약물의 투여량과 시기를 보다 정확한 방식으로 제어할 수 있게 해주는 전기영동이라는 과정을 통해 내부 저장소에서 전자 장치 외부로 이온 교환막을 가로질러 약물 이동을 가능하게 합니다. 방출되는 약물의 정확한 양은 전기장의 강도에 따라 결정될 수 있습니다. 이 혁신적인 방법은 특정 환자에게 '언제', '얼마나' 많은 약물을 전달해야 하는지를 관리합니다. 약물은 주변 조직의 손상을 방지하는 데 도움이 되는 용매 용액을 추가하지 않고 전달됩니다. 약물은 장치 바로 외부의 세포와 효율적으로 상호 작용합니다. 연구원들은 발작을 예방하기 위해 소량의 약물만 필요하다는 사실을 발견했으며 이 양은 처음에 장치에 첨가된 전체 약물의 1%를 넘지 않는 것으로 간주되었습니다. 이는 장치를 오랜 기간 동안 다시 채울 필요가 없으므로 유용합니다. 이번 특정 연구에 사용된 약물은 우리 몸의 천연 신경전달물질로, 방출 즉시 뇌의 자연적 발달에 의해 원활하게 소비되었습니다. 이는 설명된 치료법이 원하지 않는 약물 부작용을 줄이거나 심지어 근절해야 함을 시사합니다.
연구는 잠재적인 부작용을 측정하기 위해 마우스에서 더 정교하게 수행되어야 하며 해당 연구는 인간에서 수행될 수 있습니다. 이 장치가 대중에게 공개되기까지는 시간이 걸리거나 몇 년이 걸릴 수 있습니다. 또한 그러한 장치가 발작을 완전히 예방할 수 있는지 여부도 연구해야 합니다. 이 기술이 성공하면 간질 치료제에 혁명을 일으키고 다른 유사한 질병에도 도움이 될 수 있습니다. 유사한 접근법이 뇌종양, 뇌졸중 및 파킨슨병을 비롯한 다양한 다른 신경계 장애에 사용될 수 있다는 희망이 있습니다.
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출처
Proctor CM et al. 2018. 발작 조절을 위한 전기영동 약물 전달. 과학의 발전. 4(8). https://doi.org/10.1126/sciadv.aau1291
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