박홍규 교수, PNAS 논문 게재

 

 

물리학과 박홍규 교수 연구팀은 미국 시카고 대학 화학과의 Bozhi Tian 교수팀과의 공동연구를 통해, 빛으로 심장 근육을 자극하여 심장 박동을 조절할 수 있는 새로운 심장 박동기(페이스메이커)를 개발했다. 이 연구 결과는 12월 11일 세계적인 학술지인 Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)에 출판되었다.

 

다양한 심혈관 질환 중 특히 심장 전도 장애는 심장 전기 전도 시스템의 이상으로 발생하는 치명적인 질병이다. 심장 박동기와 같은 현재의 치료법은 부피가 크고 단단하며 침습적이라는 단점이 있다.

 

연구팀이 개발한 장치는 생체에 적합한 폴리머와 실리콘의 복합물질로 구성되어 있다. 실리콘 물질은 매우 작은 나노선 태양전지로서, 펄스 형태의 빛에 의해 심장 근육을 효과적으로 자극할 수 있는 전기 화학적 효과를 생성한다. 또한 폴리머 구조는 얇은 그물 모양으로 제작되어 수많은 실리콘 나노선 태양전지가 심장 세포에 잘 부착되도록 심장 주변을 감싸고 있다.

 

작은 레이저 빔이 장치가 부착되어 있는 심장 영역을 스캔하는데, 이때 심장 세포가 활성화되어 심장이 레이저 빛과 동일한 주파수로 뛰게 된다. 한 영역을 직접 비추는 대신 레이저 스캔을 통해 장치가 더 효율적으로 작동하고 심장 세포의 손상을 최소화 할 수 있다. 특히 이 방법은 기존의 심장 박동기와는 다르게 심장 근육을 원하는대로 뛸 수 있게 ‘훈련’시킬 수 있다. 효과가 시작되기까지 잠시 시간이 걸리지만, 빛 펄스가 중단된 후에도 일정 시간 동안 심장 근육은 계속해서 움직인다.

 

이번 연구를 통해 개발된 심장 박동기는 아직 개발 초기 단계이다. 향후 인간에 이식될 경우, 장치는 원하는 심장 부위에 삽입될 수 있고 레이저 펄스를 전달하는 작은 광섬유 또한 최소 침습 수술을 통해 삽입될 것이다.

 


이번 논문의 정보는 아래와 같다.

 

- 저자정보: 박홍규 (교신저자, 고려대학교), Bozhi Tian (교신저자, 시카고대학), 김정길 (공동저자, 고려대학교), 정광용 (공동저자, 고려대학교)


- 논문명: Optical stimulation of cardiac cells with a polymer-supported silicon nanowire matrix, Proceedings of the National Academy of Sciences (2018).


- DOI: 10.1073/pnas.1816428115

 

 




(빛이 입사될 때 실리콘 나노선에서 빛이 흡수되는 정도를 보여주는 이미지)

 




박홍규 교수 (고려대)       김정길 (고려대)        정광용 (고려대)