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 이식형 생체전자 시스템을 통한 장기 이식 거부반응 모니터링

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 23-71

■ 최근 이식된 장기의 거부반응을 실시간으로 장기간 모니터링 할 수 있는 이식형 생체전자 시스템(implantable bioelectronic systems) 개발에 관한 연구결과가 발표

○ 장기 이식은 수혜자의 수명을 상당히 연장할 수 있지만, 기증자와 수혜자 사이의 백혈구 항원 유전자형(leukocyte antigen genotype) 불일치로 인해 이식 거부반응이 발생

- 장기 이식 이후 생존율은 1년 92.7%, 5년 77.6%, 10년 49.5%로 거부 반응이 사망의 주요 원인으로 조사

○ 초기 거부반응이 발견되면 치료적 개입을 통해 이식된 장기의 기능을 보존할 수 있으나,

- 이식 거부를 탐지하기 위한 현재의 최적 표준(gold standard)으로 신장 피질 조직의 생검(biopsy)을 시행하나, 위험성* 때문에 이식 후 처음 24개월간 또는 관찰이 요하는 경우 1∼2회 정도 드물게 시행

* 출혈, 통증, 감염 및 인접 기관을 손상시킬 수 있는 등 합병증을 유발할 수 있음

■ 이러한 한계를 극복하기 위한 방법으로 장기 이식 실패를 추적할 수 있는 생체전자공학(bioelectronics) 기반의 연구결과가 발표

○ 연구팀은 거부반응 시 나타나는 생리적 현상을 물리적으로 모니터링 할 수 있는 이식형 생체전자 시스템을 개발

- 이식 거부와 관련된 염증 과정을 감지하기 위해 이식된 장기의 국소 온도와 열전도도를 실시간으로 장기간 모니터링 할 수 있은 이식형 생체전자 시스템을 제작

○ 연구팀은 쥐(rat) 신장 이식 모델에서 그 기능을 확인하였는데, 2022년 미국에서 시행된 40,000건의 장기 이식 중 약 60%가 신장 이식으로 신장 이식에 대한 거부반응 모니터링이 중요하며,

- 쥐(rat)를 기반으로 한 신장 이식 모델은 잘 특성화되어 있고, 반복성이 높으며 비용 효율적이어서 연구에 적합

- 특히, 무증상 거부반응은 신장 이식 수혜자의 10∼15%에서 이식 후 몇 개월에서 1년 이내에 발생하는 것으로 조사

○ 이식형 생체전자 시스템은 무선 전자장치(모듈)와 이에 연결된 바이오 센서로 구성

- 캡슐화된 바이오센서는 이식된 신장 표면에 장착되어 신장의 온도와 열전도도를 측정

※ 초소형(~0.3 × 0.7cm2), 신축성(20% 신축성), 유연성(굽힘반경 ≥ ~2.8mm), 초박형(~220μm), 부드러운(0.13μm ± 0.02 면적 표면 거칠기) 센서 설계를 통해 장기 표면에서 부드럽고 매끄러운 인터페이스를 제공

< 쥐(rat) 모델에 이식된 신장과 이에 장착된 이식형 생체전자 시스템의 개요도 >

출처: Science, Implantable bioelectronic systems for early detection of kidney transplant rejection, 2023.9.7.

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