과학자들은 표적 약물 전달을 위해 자기장으로 제어되는 입자 크기의 소프트 로봇을 개발했습니다.

싱가포르 난양기술대학(NTU 싱가포르)의 과학자 팀이 자기장으로 제어하여 표적 약물을 전달할 수 있는 입자 크기의 소프트 로봇을 개발하여 향후 향상된 치료법의 길을 열었습니다.

NTU 기계항공공학부(MAE)의 엔지니어들이 개발한 새로운 소프트 로봇은 과학 저널인 Advanced Materials 에 게재된 논문에서 보고되었습니다.

이 연구는 최대 4가지의 약물을 운반하고 재프로그래밍 가능한 순서와 용량에 따라 약물을 방출할 수 있는 소형 로봇에 대한 최초의 보고된 사례로 여겨집니다.

연구팀은 기존 소형 로봇은 최대 3가지 유형의 약물만 운반할 수 있고 순서대로 방출하도록 프로그래밍할 수 없었지만, 새롭게 개발된 소형 로봇은 정밀한 기능을 제공해 부작용을 최소화하면서 치료 결과를 크게 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 밝혔습니다.

NTU 팀은 이전에 좁은 공간을 '수영'하거나 작은 물체를 잡는 등 복잡한 기동이 가능한 자기 제어 소형 로봇을 개발했습니다.

기계항공공학부(MAE)의 수석 연구원인 럼 구오 잔 조교수는 이전 연구를 바탕으로 연구팀은 1960년대 영화 '환상의 항해'에서 영감을 얻었는데, 이 영화에서 잠수함 승무원은 다친 과학자의 뇌 손상을 치료하기 위해 세포 크기로 줄어들었습니다.

"SF 영화의 시나리오였던 것이 이제 우리 연구실의 혁신으로 현실에 가까워지고 있습니다. 경구 투여 및 주사와 같은 전통적인 약물 전달 방법은 작은 로봇을 신체에 보내 약물을 정확히 필요한 곳에 전달하는 것과 비교하면 비교적 비효율적으로 보일 것입니다." Lum 조교수가 말했습니다.

매우 능숙하고 재프로그래밍이 가능한 약물 분배 기능

곡물 크기의 로봇은 인체에 무독성인 스마트 자기 복합 소재(자성 미립자와 폴리머)를 사용하여 만들어졌습니다.

방향을 정확하게 제어할 수 없는 기존의 소형 로봇과 달리, 새롭게 개발된 소프트 로봇은 매우 민첩하여 장애물을 통과하기 위해 빠르게 구르고 기어다닙니다. 민첩성은 인체 내부의 복잡하고 구조화되지 않은 환경을 탐색하는 데 큰 잠재력을 제공합니다.

실험실 실험에서 로봇은 인체의 상태를 모방한 물 속 작업을 수행했습니다.

로봇은 먼저 네 개의 구역으로 나뉜 표면에 배치되었고, 초당 0.30mm에서 16.5mm의 속도로 각 구역으로 이동하고 각 구역에서 다른 약물을 방출하는 데 성공했습니다. 이를 통해 로봇이 다수의 약물을 운반할 수 있는 능력을 입증하고, 이를 제어된 방식으로 방출하도록 프로그래밍할 수 있음을 보여주었습니다.

또 다른 실험에서 연구자들은 더 진한 액체를 사용하여 더 까다로운 환경에서도 로봇이 약물을 전달할 수 있는 능력을 테스트했고, 그 결과 로봇이 그 환경을 탐색하고 8시간 동안 충분한 약물을 방출할 수 있음을 보여주었습니다.

더욱이, 8시간 동안 계속 움직인 후, 로봇은 최소한의 약물 누출을 보였습니다. 과도한 누출 없이 약물 방출을 제어할 수 있는 이러한 능력은 소프트 로봇을 다양한 시간과 장소에서 여러 약물을 정확하게 전달해야 하는 치료에 적합한 후보로 만듭니다.

이 연구의 공동 저자로는 연구원인 양질린과 MAE 학교의 박사과정 졸업생인 쉬 창위가 포함되었습니다.

양 박사는 "이번 연구 결과는 소프트 로봇이 특히 여러 약물에 대한 정확한 제어가 필요한 암 치료와 같은 치료 분야에서 표적 약물 전달의 미래에 핵심적인 역할을 할 수 있는 잠재력이 있음을 보여줍니다."라고 말했습니다. 

독립적인 견해를 제시한, National University Hospital과 Ng Teng Fong General Hospital의 내과, 신경과 부서의 수석 컨설턴트이자 외과의인 Yeo Leong Litt Leonard 박사는 "최소 침습적 시술을 하는 의사로서, 우리는 현재 혈관을 통과하여 문제를 치료하기 위해 카테터와 와이어를 사용합니다. 하지만 저는 이것이 우리가 도구로 갈 수 없는 곳에 도달하기 위해 신체를 자율적으로 헤엄칠 수 있는 작은 로봇으로 대체되기까지 오래 걸리지 않을 것이라고 예상할 수 있습니다. 이 로봇은 제자리에 머물러 시간이 지남에 따라 약물을 방출할 수 있으며, 이는 카테터나 스텐트를 오랫동안 신체 내부에 두는 것보다 훨씬 안전할 것입니다. 이것은 곧 일어날 의학적 돌파구입니다."라고 말했습니다.

NTU 연구팀은 이제 로봇을 더욱 작게 만들어 결국 뇌종양, 방광암, 대장암과 같은 질환에 대한 혁신적인 치료법을 제공하는 데 사용될 수 있도록 하려고 합니다. 이러한 작은 로봇이 이러한 의료 치료에 배치되기 전에 NTU 연구자들은 칩상 장기 장치와 동물 모델로 성능을 추가로 평가할 계획입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241024131954.htm