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- 전 세계 인구의 약 1/3이 일시적 또는 영구적인 소화관 운동 장애를 앓고 있다.
- 알약은 집에서 사용할 수 있으므로 값비싼 고정 X선 검사를 대체할 수 있다.
- 5~10mm의 정확도로 위와 장에서 정확한 위치 추적 가능
- 상업적으로 이용 가능하고 저렴

센서 캡슐이 소화 장애를 드러낸다.
위와 장 운동의 장애 또는 막힘 진단에 삼킬 수 있는 보조제

새로운 센서 캡슐은 소화관의 과민성 위, 장 막힘, 변비 및 기타 운동 장애를 진단하는 데 도움이 될 수 있다. 자기 센서가 장착된 알약은 측정 데이터를 스마트폰이나 다른 컴퓨터로 전송하여 으깬 음식이 체내에서 너무 빨리 또는 너무 느리게 이동하는 위치를 알려준다. 알약은 집에서 사용할 수 있으므로 값비싼 고정 X선 검사를 대체할 수 있다. 

▲ 이 캡슐에는 소화관을 통과하는 동안 정확한 위치를 주기적으로 결정하고 보고하는 센서가 포함되어 있다. © MIT

전 세계 인구의 약 1/3이 일시적 또는 영구적인 소화관 운동 장애를 앓고 있다. 그들에서 위 또는 장의 정상적인 연동 운동이 방해받거나 통로가 좁아지고 막힌다. 결과적으로 그들은 역류, 과민성 위장, 산통, 만성 변비 또는 변실금으로 고통받는다. 그러나 이러한 상태를 진단하는 것은 때로는 지루하고 시간이 많이 걸리는 작업이다. 환자는 보통 조영제를 삼켜야 하고 엑스레이나 자기공명영상을 시행해야 한다. 어떤 경우에는 압력 센서가 있는 카테터를 사용하여 연동을 확인한다.

내부에서 측정

캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)의 Saransh Sharma와 그의 동료들은 "환자에게 덜 부담스러운 비침습적 이동 방법을 사용하여 실제 상황에서 소화 활동 모니터링이 가능하다면 더 좋을 것"이라고 설명했다. 이미 삼킬 수 있는 센서와 비디오 캡슐이 있지만, 이것들은 위나 창자에서 정확히 어디에 있는지 드러내지 않는다. 게다가 그들은 최대 12시간 동안 방송하는데, 이는 완전한 통과를 하기에는 너무 짧다. 따라서 운동 장애는 거의 감지할 수 없다.

5~10밀리미터의 정확도로 위와 장에서 정확한 위치를 찾을 수 있는 센서 알약이 이제 치료법을 제공할 수 있다. 이것은 외부 자기장을 측정함으로써 가능하다. 이것은 환자가 배낭에 넣고 다닐 수 있지만 의자에 걸거나 침대 시트 아래에 놓을 수도 있는 자기 코일에 의해 생성된다. 이 필드는 삼킬 수 있는 캡슐에 내장된 작은 센서로 측정된다.

위치 결정을 위한 자기 데이터

이 센서 캡슐은 소화관을 통과하면서 주변의 자기장 강도를 지속적으로 측정한다. 이를 피부 외부에 부착된 두 번째 센서와 비교하여 시스템은 캡슐의 위치를 ​​결정할 수 있다. 공동 저자인 New York University의 Khalil Ramadi는 "사람이 항상 웨어러블 자기 코일과 정확히 같은 거리에 있는 것은 아니기 때문에 외부 기준 센서가 중요하다"며 "참조가 없으면 캡슐의 정확한 위치를 결정하기가 어렵다"고 설명했다.

소형 센서에서 측정한 자기 데이터는 캡슐에 통합되어 있는 무선 모듈을 통해 스마트폰이나 다른 수신기로 전송되어 참조 센서의 데이터와 함께 처리된다. 삼킨 캡슐은 미리 정의된 시간 간격으로 또는 외부 명령을 받을 때마다 위치를 측정한다.

돼지 창자의 실시간 데이터

Sharma와 그의 팀은 먼저 소화 시스템이 우리와 매우 유사한 살아있는 돼지에서 이 시스템이 얼마나 잘 작동하는지 테스트했다. 삼킨 센서 캡슐이 며칠에 걸쳐 동물의 위와 장을 통해 이동하면서 연구팀은 5~10mm의 정확도로 위치를 추적할 수 있었다. 이 테스트는 이미 캡슐 운동을 기반으로 변실금과 같은 이상을 진단하는 것을 가능하게 했다.

센서 캡슐은 또한 장의 구불구불한 루프를 매핑하는 데 적합했다. "장 해부학의 성공적인 재건은 캡슐이 소화관을 통해 복잡하고 구불구불한 경로를 추적할 수도 있음을 보여준다"고 Sharma와 그의 팀은 보고했다. "이들은 X선이나 컴퓨터 단층 촬영과 같은 다른 이미징 방법을 사용하여 시각화하기 어려운 경우가 많다." 반면에 무선 주파수 송신기를 기반으로 하는 센서는 전파가 신체 조직에 부분적으로 흡수되고 해상도가 낮고 떨어지는 문제가 있다.

진단 및 치료에 도움

과학자들에 따르면, 그들이 iMAG라고 명명한 센서 캡슐은 소화관의 운동 및 통과 장애를 진단할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다. Sharma와 그의 동료들은 "위와 장의 이동 시간을 정량적으로 측정하는 것은 위 마비, 과민성 위, 크론병, 역류, 만성 변비 또는 변실금과 같은 질병을 진단하고 치료하는 데 필수적이다"고 설명했다. "따라서 밀리미터까지 정확한 iMAG 캡슐의 실시간 판독값은 상당한 임상적 중요성을 가질 수 있다.”

또한 긍정적인 점은 캡슐과 액세서리에 내장된 기술이 상업적으로 이용 가능하고 저렴하다는 것이다. 팀에 따르면 센서 캡슐은 대량 생산에 매우 적합하다. 돼지와 다른 대형 포유동물에 대한 추가 테스트는 인간에 대한 첫 번째 임상 연구를 수행하기 전에 다음 단계로 계획되어 있다.
(Nature Electronics, 2023; doi: 10.1038/s41928-023-00916-0)
출처: MIT / 매사추세츠 공과대학

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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