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美노스웨스턴대·워싱턴대 이식 장치 개발
오피오이드 과다복용 감지, 해독제 투여
마약성 진통제 대체할 신경 냉각장치도 개발

존 로저스 미국 노스웨스턴대 교수와 로버트 제로 워싱턴대 교수의 공동 연구진이 오피오이드 과다복용 사망률을 줄이기 위한 새로운 이식형 장치 ‘날록시미터’를 개발하고, 동물 실험에 성공했다./사이언스 어드밴시스
미국 과학자들이 몸에서 마약성 진통제를 감지하고 해독제를 투여하는 이식 장치를 개발했다. 마약성 진통제인 오피오이드(아편유사제) 과다복용으로 매년 미국에서는 7만5000여명이 죽는다. 동물실험에서 입증된 효능이 사람에도 적용되면 상당수 인명을 구할 수 있다.

존 로저스 미국 노스웨스턴대 교수와 로버트 제로 워싱턴대 교수 연구진은 “오피오이드 과다복용 사망률을 줄이기 위한 새로운 이식형 장치 ‘날록시미터(Naloximeter)’를 개발하고, 동물 실험에 성공했다”고 24일 밝혔다. 연구 결과는 이날 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 공개됐다. 이번 연구에는 로저스 교수의 한국인 제자인 박지훈, 김주희, 황용강 연구원도 참여했다.

오피오이드 과다복용은 미국에서 25~54세의 주요 사망 원인 중 하나로 꼽히면서 ‘오피오이드 위기’라는 말까지 나왔다. 현재로선 응급 상황이 발생하면 환자가 휴대한 해독제인 날록손을 주변 사람이 투여하는 것이 유일한 처치 방법이다. 로저스 교수는 이런 처치를 대신할 이식형 장치를 개발했다.

로저스 교수는 앞서 2019년 오피오이드 과다복용을 감지하고 자동으로 날록손을 주입하는 초기 이식형 장치를 개발했다. 이 성과로 미 국립보건원(NIH)에서 5년 동안 최대 1000만달러(약 138억원) 규모의 자금을 지원받아 인간에게 사용하기 적합한 형태로 발전시켰다. 장치 개발은 노스웨스턴대, 생체 시험은 워싱턴대가 맡았다.

연구진이 이번에 개발한 날록시미터는 산소 수치를 감지해 과다복용을 감지하고 해독제인 날록손을 자동 투여하는 기능을 갖추고 있다. 오피오이드를 과다복용하면 호흡이 느려지고 얕아지는데, 이때 주변 조직의 산소를 감지해 대처하는 것이다. 동시에 응급 구조대에 즉시 연락할 수 있는 기능도 탑재했다.

연구진은 총 세 가지 유형의 날록시미터를 개발했다. 가장 간단한 버전의 ‘기초 연구용 날록시미터’는 설치류에 장착할 수 있는 기기로, 배터리 없이 작동하며 버스 카드 같이 근거리무선통신(NFC)로 전력을 공급받는다.

돼지 모델에 이식된 날록시미터./사이언스 어드밴시스
정맥주사형 날록시미터은 전해질 펌프를 사용해 정맥으로 빠르게 날록손을 주입한다. 피하주사형 날록시미터는 피하 조직에 날록손을 주사하는 방식으로, 정맥주사보다 투여 속도는 느리지만 혈류와의 접촉을 피해 피가 굳는 혈전 발생 위험을 낮췄다. 이 장치들은 모두 배터리 수명이 7일이다.

쥐와 돼지를 대상으로 날록시미터의 효과를 살핀 결과, 오피오이드 과다복용으로 산소 수치가 떨어진 지 1분 이내에 동물을 구할 수 있었고, 5분 안에 후유증 없이 회복됐다. 돼지 실험에서 정맥주사와 피하주사 모두 효과적으로 작동했다.

연구진은 날록시미터를 동물실험에서 검증한 만큼 인체에도 적용할 수 있다고 전망했다. 환자들이 치료 시설에서 퇴원하기 직전에 장치를 이식하면, 응급 상황에 즉각 대응해 오피오이드 과다복용으로 인한 사망률을 크게 줄일 것으로 예상했다.

조안나 시아티 노스웨스턴대 연구원은 “날록시미터는 오피오이드 과다복용에 국한되지 않는 플랫폼”이라며 “아나필락시스나(과잉 면역반응) 뇌전증(간질)과 같은 응급 상황이 벌어질 수 있는 질병 환자들에게도 같은 방식의 자율 구조 장치를 제공할 수 있다”고 설명했다.

로저스 교수 연구진은 2022년 오피오이드와 같이 중독성이 강한 진통제를 대체할 수 있는 장치도 개발했다. 연구진은 약물 없이 특정 신경에 냉각 효과를 가해 통증 신호를 차단하는 장치를 만들어 국제 학술지 ‘사이언스’에 결과를 발표·치했다. 마치 땀이 증발하면 신체가 식듯 감각 신경의 특정 위치에 액체 냉각제를 처리해 신경 신호를 차단하는 방식이다.

참고 자료

Science Advances(2024), DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adr3567

Science(2022), DOI: https://doi.org/10.1126/science.abl8532