초음파로 악성종양·특정세포 제거…초음파 수술 시대 열리나

KIST·영국 런던대 공동연구팀 "고강도 초음파로 종양 조직 제거하는 메커니즘 규명"

고강도 집속초음파를 이용한 연조직 제거 실험. /사진=Ultrasonics Sonochemistry 논문

한·영 공동 연구진이 외과 수술 없이 종양을 치료하거나 특정 세포만 제거하는 초음파 수술법의 가능성을 제시해 눈길을 끈다.

한국과학기술연구원(KIST) 바이오닉스연구단 박기주·김형민 박사팀은 22일 영국 런던대(UCL) 기계공학과 네이더 사파리 교수팀과 함께 초강력 초음파로 절개 없이 몸 안의 종양 등 연조직을 제거하는 메커니즘을 처음으로 규명했다고 밝혔다. 강력한 초음파 영역에서 발생하는 음향 공동현상을 예측하는 수학적 모델을 개발하고 집속초음파의 연조직 제거효과 메커니즘을 밝힌 것이다.

의학계에서는 초강력 초음파 에너지를 한 곳에 집중해 초점 부위의 조직을 제거하거나 치료하는 고강도 집속초음파(HIFU) 기술에 주목하고 있다. 외과 수술 없이 종양을 제거할 수 있어 정상조직의 부작용이 적고 회복 시간도 빨라 실제 임상 적용을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.

이 기술은 대기압의 수백배인 수십 메가파스칼(MPa)의 압력을 갖는 고강도 집속초음파가 1,000분의 1초 정도에 초점 부위 온도를 끓는점까지 올릴 때 초점에서 발생한 수증기 기포가 수술칼 역할을 해 주변 세포조직을 제거하는 원리다. 하지만 치료에 적용하려면 초점 부위에서 발생하는 수증기 기포의 크기와 운동 등 관련 현상을 완벽하게 설명하고 조절할 수 있어야 하나 아직 완벽하게 파악되지 않았다.

KIST 박기주(왼쪽, 제1저자·공동교신저자)·김형민(공동교신저자) 박사. /사진=KIST

연구팀은 먼저 강력한 초음파 영역에서 발생하는 음향 공동현상의 운동변화를 예측하는 수학적 모델을 만들고 이를 이용해 세포조직의 변형률을 계산했다. 이어 겔(gel)로 만든 인체 모사조직으로 실험하면서 이때 발생한 공동현상을 초고속카메라로 촬영했다. 그 결과 고강도 집속초음파에 의해 발생한 기포의 운동 강도는 연조직을 파괴할 수 있을 만큼 강하면서도 혈관을 파괴할 수 있는 강도보다는 약한 것으로 밝혀졌다.

박기주 KIST 박사는 “수학 모델링 기법으로 최적화된 초음파 조사조건을 찾으면 외과적 수술 없이도 종양치료와 특정 세포의 선택적 제거가 가능할 것”이라고 내다봤다. 이 연구는 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업과 KIST 기관고유사업 지원으로 수행됐으며 ‘초음파학 음향화학’ 최신호에 게재됐다. /고광본선임기자 [e-mail]