돌연사의 주범인 부정맥을 실시간으로 진단하고 동시에 부정맥을 치료할 수 있는  심장 부착형 전자패치가 개발됐다.

기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단 박장웅 연구위원 연구팀(연세대 신소재공학과 교수), 조승우 연구위원(연세대 생명공학과 교수), 연세대 세브란스 병원 심장혈관외과 이삭 교수 연구팀은 부정맥 환자의 심장 기능을 실시간 감지해 부정맥이 발생하면 심장에 미세 전기 자극을 주어 심장 박동의 이상을 정상화시키는 심장 부착형 전자패치 기술을 개발했다고 15일 밝혔다. 

심장이 규칙적으로 수축하지 못하여 맥박이 비정상적으로 불규칙해지는 부정맥은 심장의 선천적 이상이나 질환, 흡연·음주 같은 생활습관 등 발생요인이 다양하지만 돌연사의 주범이라고 일컬어질 만큼 생명을 위협하는 심각한 심혈관질환이다.

돌연사의 위험이 높은 심장질환 환자의 경우, 몸속에 이식형 제세동기를 삽입하여 부정맥 발생 시 자동으로 심장에 전기 충격을 가해 사망위험을 감소시키기도 하는데 크기가 커 이식 시 가슴 피부를 절개하는 부담이 있고, 정맥을 통해 전극을 심장에 넣는 방식으로 작동하기 때문에 감염이나 정맥 천공, 허혈성 염증 등 합병증의 위험이 있다.

또한, 외부 전기 자극에 민감할 수 있어 시술 받은 환자의 외부 활동에 각별한 주의가 요구된다.

이에 연구팀은 기존의 심장 진단 방식인 심전도가 아닌, 심장이 수축과 이완하는 물리적 운동을 직접 감지할 수 있는 반도체 기반의 압력센서를 개발, 심장 표면에 부착될 정도의 얇은 패치 형태로 압력 분포를 실시간 감지할 수 있게 만들었다. 

해당 패치는 부정맥을 감지하면 전기 자극을 가하기 위해 표면적이 넓은 나노구조의 전극이 결합되어 심장의 압력 감지와 미세 전기 자극을 동시 수행 가능하게 했으며 반도체 기반의 압력센서는 몸속 내부 또는 외부에서 가해지는 전기적 신호에 간섭을 받지 않는다는 장점이 있다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 부정맥을 유발한 토끼 실험에서도 패치의 임상효과를 증명했으며 심장 표면에 장기간 안정적으로 고정하기 위해 홍합의 접착 능력을 모방한 하이드로젤 접착제를 개발, 실험 토끼의 심장 표면에 부착 후 10주가 지나도 안정적으로 유지되며 토끼의 정상적인 활동이 가능함을 확인했다.

박장웅 연구위원은 “이번 연구로 개발된 심장 부착형 전자패치 기술은 기존 이식형 제세동기 기술의 한계를 극복하고 새로운 심장 질환 진단 및 치료 전자장치에 활용될 수 있을 것”이라며, “향후 임상실험을 통해 상용화하여 실제 부정맥 환자들에게 적용할 것을 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘Science Advances'에 게재됐다.