3D프린팅 기술과 미세내시경을 결합한 헬멧형 정위고정 미세내시경이 개발돼, 그동안 마취시키거나 고정된 자세로만 관찰이 가능했던 안구 내 혈관의 미세구조를 실험동물이 움직이는 상태에서도 관찰할 수 있게 됐다. 

서울아산병원 융합의학과 김준기·김남국 교수(사진 왼쪽부터)팀은 직경 1mm의 미세내시경과 개체별 맞춤으로 출력하는 3D프린팅 기술을 결합하여 소동물의 헬멧형 정위고정 내시경 기기를 개발하고, 자유롭게 움직이는 실험쥐의 홍채혈관 미세구조를 실시간으로 관찰하는 데 최근 성공했다.

검사 대상을 고정하는 정위고정기기는 3차원 좌표를 사용해 목표지점의 정확한 위치 확인을 위해 뇌수술 등 정위가 필요한 외과영역에서 사용된다. 하지만 검사대상을 움직이지 못하도록 해야 하고 때로는 마취가 필요한 경우도 있어, 온전하게 깨어있거나 움직이는 역학적인 생리환경을 정확히 파악하는데 한계가 있었다. 특히 뇌신경 신호전달이나 안구 내 움직임 관찰에서는 매우 제한적이었다.

일반적인 정위고정 기기가 무겁고, 한자리에 고정되어있는 제한점을 극복하기 위해 김준기·김남국 교수팀은 컴퓨터 단층촬영(CT) 정보를 기반으로 3D프린팅을 이용한 헬멧 형태의 개체 맞춤형 헤드마운트를 출력했다.

무게를 줄이고 강도를 높이기 위해 폴리카보네이트 재질로 만들어진 헬멧은 무게가 2.54g에 불과해 실험쥐가 착용 후 자유롭게 움직이는 데 어려움이 없었다.

연구팀은 이렇게 3D프린팅 된 헬멧에 세포관찰이 가능한 지름 1mm 내외의 가느다란 미세내시경인 고해상도 공초점 스캐닝 레이저 내시현미경 시스템을 결합하여 비침습적인 방법으로 홍채 미세혈관의 움직임을 성공적으로 관찰하였다.

그동안 미세내시경으로 뇌의 구조를 관찰하는 연구는 있었지만 움직이는 실험동물의 안구 내 혈관 움직임을 관찰한 것은 처음으로, 움직임 따라 미세혈관의 형태적 변화와 혈액 흐름의 속도 변화 등을 자세히 알 수 있게 됐다. 이 헬멧형 정위고정 기기의 원리를 활용하면 뇌신경검사 등 여러 분야에 적용할 수 있다.

김준기 서울아산병원 융합의학과 교수는 “이번에 개발된 헬멧형 정위고정용 내시경기기는 자유롭게 움직이는 피검체와 의료시스템을 입체적으로 결합시킬 수 있어 생명연구 관련 최소침습이 필요한 뇌신경과학이나 광 유전학, 광역학 치료 등 다양한 분야로 적용범위를 넓힐 수 있어 차세대 임상연구에 새로운 방향을 제시할 것으로 기대한다”고 말했다.

김남국 서울아산병원 융합의학과 교수는 “창의적인 연구를 위해서는 동물실험을 비롯해 다양한 연구가 진행되는데, 3D프린팅을 이용하면 맞춤형 실험도구를 쉽고 편하게 제작해 사용할 수 있다. 3D프린팅 기술이 필요한 다양한 수요를 발굴해 우리나라의 연구수준을 올리는데 도움이 되도록 노력하겠다”고 덧붙였다.

이번 연구는 보건복지부 보건의료기술 연구개발 사업 및 과학기술정보통신부 중견연구자 지원 사업으로 진행됐으며, 생명 광학 연구분야 저널인 ‘저널 오브 바이오포토닉스(Journal of Biophotonics)’ 최신호에 게재됨과 동시에 표지로 선정됐다.