미니어처 생검을 위한 전임상 기술이 향후 선별 도구로 이어질 수 있다

상부 요로 암의 전형적인 진단은 의심스러운 조직을 쳄버로 제거하는 것을 필요로 하며, 이는 기관의 한 지역만 샘플링하는 기술적으로 도전적인 절차입니다. 연구자들은 상부 요로 전체에 투입될 수 있는 마이크로 그리퍼를 개발하고 있으며, 이는 여러 다른 지역에서 작은 조직 조각을 잡아 질병의 조기 발견을 촉진할 수 있습니다.

그들의 전임상 연구는 최근 Advanced Healthcare Materials 저널에 발표되었습니다.

“많은 암 진단은 우연히 이미지 검사를 통해 발견되거나 환자가 통증 또는 출혈을 겪을 때 발생합니다. 다시 말해, 종양이 보일 정도로 커지거나 주변 조직의 기능에 영향을 미치기 시작할 때입니다.”라고 연구의 수석 저자 David Gracias 박사(존스 홉킨스 대학교 교수)가 설명했습니다.

“우리는 눈에 보이는 종양이 발생하기 전에 암세포를 발견할 수 있는 새로운 진단 스크리닝 패러다임을 만들기를 목표로 하고 있습니다. 이는 조기 암 발견과 치료 시작을 가능하게 할 수 있습니다.”

Gracias와 동료들은 이전에 위장관을 위한 마이크로 그리퍼를 개발했으나, 이번 연구에서는 상부 요로에 집중했습니다. 상부 요로의 위치와 복잡한 해부학적 구조로 인해 조직 샘플을 얻는 것이 다소 어렵기 때문입니다.

신장에서 방광으로 소변을 운반하는 관인 요관은 직경이 5밀리미터도 안되지만 길이는 30센티미터에 이를 수 있습니다. 이는 사용할 수 있는 도구의 크기와 제거할 수 있는 조직 샘플의 품질 및 양을 제한합니다.

이러한 요소를 염두에 두고 연구자들은 마이크로 그리퍼를 매우 작게 설계했습니다. 크기는 750 미크론 이하로, 날카로운 연필의 끝보다 작습니다. 마이크로 그리퍼는 여섯 개의 팔로 구성된 별 모양으로 설계되어, 클로 모양으로 접힐 수 있습니다.

조직을 수집한 후에는 자석을 사용하여 마이크로 그리퍼를 회수할 수 있으며, 회수된 샘플이 암인지 분석할 수 있습니다.

Gracias는 마이크로 그리퍼가 장전된 스프링과 같다고 설명했습니다. 이들은 식품 등급의 왁스 코팅이 된 시트로 수천 개가 제조될 수 있습니다. “체온에 노출되면 왁스가 부드러워지고 스프링의 에너지가 방출됩니다.”라고 Gracias가 말했습니다. “이는 마이크로 그리퍼가 주변 조직을 찌르고 잡는 데 충분한 힘으로 접히도록 합니다.”

상부 요로의 전형적인 생검에서는 특수한 요관 카테터가 사용되어 요로를 따라 조직을 수집합니다. 마이크로 그리퍼가 이 기술과 호환될 수 있는지를 이해하기 위해, Gracias와 동료들은 약 200개의 마이크로 그리퍼를 바이알에 담아 세 가지 상용 카테터를 통해 압축 공기로 발사했습니다.

그들은 모든 카테터 유형에서 유사한 통과율이 나타났으며, 약 80%의 마이크로 그리퍼가 성공적으로 통과했다고 밝혔습니다.

Gracias와 그의 팀은 이후 마이크로 그리퍼를 외부 배양한 돼지 요관에서 평가했습니다. 그들은 마이크로 그리퍼를 잘린 기관에 배치하고 약 10분 동안 체온에서 배양한 다음, 자석을 사용하여 요관에서 마이크로 그리퍼를 제거한 결과 대부분의 마이크로 그리퍼가 작은 조직 군을 잡고 수집한 것을 발견했습니다.

제거된 조직 분석 결과, 마이크로 그리퍼가 여러 층의 요로 세포를 회수할 수 있어 이 기법이 진단 품질의 샘플을 얻을 수 있음을 나타냈습니다.

각 마이크로 그리퍼는 매우 적은 양의 조직을 포함하고 있지만, 수백 개가 상부 요로에 투입된다면 전체 수집된 조직량은 전통적 생검 절차와 유사할 수 있다고 Gracias가 설명했습니다. 그러나 조직은 하나의 국소화된 지역이 아니라 기관의 여러 다른 지역에서 수집됩니다.

이 요소는 마이크로 그리퍼가 효과적인 스크리닝 도구가 될 수 있습니다. Gracias는 그들의 기술을 도시 조사에 비유했습니다. “모든 정보가 같은 동네에서 나온다면, 이는 도시 인구의 대표성이 없습니다.”

“우리는 이 샘플링 방법을 사용하여 전체 기관의 전반적인 건강 상태를 판단하는 것을 구상하고 있습니다.”라고 Gracias가 말했습니다. “임상의사들은 언젠가 마이크로 그리퍼를 사용하여 고위험 환자를 스크리닝하고, 증상이 발생하기 전에 질병을 발견할 수 있을 것입니다.”

현재 팀은 상부 요로와 위장관에 집중하고 있으나, 마이크로 그리퍼는 다른 기관에도 배치될 수 있습니다. “이들의 작은 크기와 영리한 작용 메커니즘은 이 마이크로봇들을 필드의 다른 생검 도구와 차별화되게 합니다.”라고 NIBIB의 발견 과학 및 기술 부서 프로그램 디렉터인 Jessica Falcone 박사가 밝혔습니다.

“향후 살아있는 동물에서의 연구는 이 기술이 언젠가 인간을 위한 스크리닝 도구로 전환될 수 있는지 판단하는 데 도움이 될 것입니다.”