뇌종양 환자의 치료에는 일반적으로 가능한 한 많은 종양을 제거하기 위한 두개골 개방 수술과 화학요법 또는 방사선 요법이 포함되며, 이는 심각한 부작용과 수많은 병원 방문을 수반한다.

환자의 뇌종양을 집에서 편안하게 마취 없이 통증 없이 치료할 수 길이 열린다. 스탠포드 의대의 연구원들은 언젠가는 그렇게 할 수 있는 소형 무선 장치를 개발하고 생쥐에서 테스트했다. 이 장치는 원격으로 활성화되는 임플란트로 종양에 주입된 나노입자를 가열하여 점차적으로 암세포를 죽인다.

뇌종양이 있는 생쥐의 경우 15일 동안 매일 15분간 치료를 하면 동물이 정상적인 활동을 할 때 생존 시간을 크게 늘릴 수 있다.

연구원들은 8월에 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)에 그들의 연구를 발표했다.

"나노 입자는 종양에만 치료를 목표로 하는 데 도움이 되므로 화학 요법 및 방사선 치료에 비해 부작용이 상대적으로 적다."라고 이 논문의 공동 저자이자 전 스탠포드 의대 박사후 연구원인 Hamed Arami 박사는 말했다. 지금은 애리조나 주립대학교에 있다.

생명공학 교육을 받은 Arami는 2020년 암으로 사망한 분자 영상 및 암 진단 분야의 선구자이자 전 스탠포드 의과대학 방사선학과의장인 고 Sam Gambhir 박사의 연구실에서 박사후 연구원으로 뇌암에 집중하게 되었다. 5년 전에 Gambhir의 10대 아들 Milan은 교모세포종으로 사망했다.

Arami는 "그의 연구실에는 이러한 유형의 암과 싸우려는 진정한 열정이 있었다."라고 말했다.

열처리

빛을 이용하여 나노입자를 가열하는 뇌종양의 광열 치료는 이전에 수행되었지만 뇌종양이 광원에 노출되는 수술 중에만 수행될 수 있었다.

뇌를 노출할 필요가 없는 시스템을 개발하기 위해 Gambhir는 신체와 통합할 수 있는 무선 장치를 전문으로 하는 스탠포드 대학의 전기 공학 부교수인 Ada Poon 박사에게 연락을 취했다.

Gambhir와 선임 저자를 공유하고 있는 Poon은 "Sam으로부터 이메일을 받았을 때 그가 하고 싶어 하는 일이 우리 연구실이 집중하고 있는 일, 즉 전자 장치를 사용하여 질병을 치료하는 것과 정말 일치한다는 것을 알았다."고 말했다.

4년에 걸친 협력을 통해 팀은 종양이 있는 부위에 정확하게 열을 발생시켜 종양을 죽일 수 있는 시스템을 만들었다. 작은 무선 전원 장치가 피부와 두개골 사이에 이식된다. 그런 다음 특별히 설계된 금 나노 입자를 두개골의 작은 구멍을 통해 종양에 주입한다.

전원을 켜면 이 장치는 뇌 조직을 관통할 수 있는 적외선을 방출하여 나노 입자를 활성화하여 온도를 최대 섭씨 5도까지 증가시킨다. 그것은 주변 뇌 조직을 손상시키지 않고 반복 치료로 암세포를 죽이기에 충분하다.

빛의 힘과 파장을 조정함으로써 연구자들은 뇌의 다양한 크기와 위치의 종양을 표적으로 삼을 수 있다. 나노 입자의 구조와 용량은 적절한 양의 열을 생성하도록 보정된다.

연구원들은 인간 유래 뇌종양을 투여받은 쥐를 대상으로 장치를 테스트했습니다. 쥐들은 방해받지 않는 것처럼 보였다.

Arami는 "임상적으로 허용 가능한 범위에 있는 이 짧은 양의 가열은 정상적인 활동에 영향을 미치지 않는다고 생각한다."라고 말했다.

연구자들은 또한 주입된 나노입자가 종양 부위에 머물며 주변 조직을 위험에 빠뜨리지 않는다는 것을 보여주었다.

수명 연장

처리된 쥐는 평균적으로 2배 또는 3배의 생존 시간으로 처리되지 않은 쥐보다 훨씬 더 오래 살았지만 연구자들은 이처럼 다른 수명을 가진 종에 걸쳐 생존 이점을 외삽하기 어렵다고 경고한다. 새로운 치료법이 화학 요법과 결합되었을 때 쥐는 더 오래 살았다.

Arami 박사는 “교모세포종 환자는 종양의 모든 부분을 제거할 수 없고 종양이 약물 내성이나 방사선 내성이 될 수 있기 때문에 진단 후 2~3년 이상 살지 못하는 경우가 많다”고 말했다. "목표는 이것을 다른 치료법과 결합하여 생존을 연장하는 것이다."

연구원들은 그들의 장치를 인간 환자에게 적용할 경우 병원 방문의 부담을 가중시키거나 정상적인 생활을 방해하지 않으면서 수술, 화학 요법 또는 방사선 외에도 가정 치료에 사용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

연구원들은 인간 크기의 뇌를 위해 장치를 확장할 수 있다고 확신한다. Arami는 "장치 개발 분야의 급속한 발전으로 향후 5년 안에 더 깊은 종양에 대해 훨씬 더 많은 광출력을 생성할 수 있는 장치를 개발할 수 있을 것이라고 생각한다."라고 말했다.

Poon은 "사실 엔지니어링 측면에서 많은 어려움은 마우스 두뇌에 맞도록 충분히 작은 장치를 만드는 방법이었다."고 덧붙였다.