고성능 MRI 조영제 개발, 세계 최고수준 3차원 정밀 혈관 진단

지난 30년간 뇌심혈관질환은 전 세계 사망원인 1위이다. 이 질환은 돌연사의 주요 원인이며, 뇌와 심장의 혈관이 좁아졌거나, 막혔는지를 진단하기 위해서는 MRI가 널리 사용된다.

 

목차

 

기초과학연구원(IBS) 나노의학 연구단 천진우 단장(연세대 화학과 교수)과 연세대 의대 최병욱 교수(영상의학) 공동연구팀은 지금보다 10배 더 정밀한 3차원 혈관 지도를 만드는 고성능 MRI 조영제를 개발했다.

 

3차원 정밀 혈관지도의 중요성

뇌심혈관질환은 뇌졸중, 심근경색, 협심증, 치매 등 다양한 질환을 일으킬 수 있는 주요 원인이다. 이러한 질환을 조기에 진단하고 치료하기 위해서는 뇌와 심장의 혈관 상태를 정확하게 파악하는 것이 중요하다.

 

MRI는 뇌와 심장의 혈관을 3차원으로 정밀하게 촬영할 수 있는 영상 검사 방법이다. 하지만 기존 MRI 조영제는

• 해상도가 낮아 미세혈관을 구별하기 어렵고,
• 몸속에 오래 남아 신원성전신섬유증이라는 부작용을 일으킬 수 있다.

이번에 개발된 조영제 ‘SAIO(사이오)’의 크기는 5나노미터 크기로 미세혈관 직경(0.2~0.8밀리미터)보다 약 1,500배 정도 작아 몸속 모든 혈관을 구석구석 돌아다닐 수 있다. 또한, 뛰어난 해상도를 지녀 혈관을 최대 10배 더 자세히 볼 수 있다.

 

SAIO 조영제의 장점

실제로 ‘SAIO(사이오)’를 활용해 동물(쥐)의 뇌를 MRI로 촬영하니, 머리카락 굵기(100㎛)만 한 미세혈관까지 선명히 볼 수 있는 3차원 정밀 MRI 뇌혈관 지도를 구현해냈다.

 

천진우 나노의학 연구단장은 “지금의 MRI 기술이 큰 고속도로만 보는 수준이라면, SAIO를 이용해 촬영한 MRI 영상은 좁은 골목길까지 자세히 관찰할 수 있다. 이를 통해, 정밀한 3차원 혈관 지도를 만드는 데 성공했다.”라고 밝혔다.

 

한편, 현재 MRI 촬영시 환자에게 ‘가돌리늄’ 조영제를 사용하는데, 건강한 사람에서는 가돌리늄이 콩팥으로 배설되지만, 만성콩팥병을 심하게 앓고 있는 환자에서는 신원성전신섬유증이라는 부작용이 나타날 수 있다. 그러나 SAIO는 가돌리늄 대신 철분을 사용해, 이러한 문제를 근본적으로 없앴다.

 

SAIO 조영제의 기대효과

사이오 조영제는 뇌심혈관질환의 조기 진단과 치료에 크게 기여할 것으로 기대된다.

• 사이오를 이용하면, 뇌졸중의 발병 위험을 높이는 뇌혈관의 협착이나 폐색을 조기에 발견할 수 있다.
• 사이오를 이용하면, 심근경색의 발병 위험을 높이는 심장혈관의 협착이나 폐색을 조기에 발견할 수 있다.
• 사이오를 이용하면, 치매의 발병 위험을 높이는 뇌혈관의 미세혈관병증을 조기에 발견할 수 있다.

이번에 개발된 SAIO 조영제는 동물실험에서 MRI 촬영 후 소변으로 완전히 배출됐다. 실험에서는 SAIO 주입 전, 후로 쥐의 방광을 MRI로 촬영했다. 시간이 지남에 따라 SAIO가 방광으로 모이는 것을 확인했고, 방광에 모인 SAIO는 소변으로 배출됐다.

 

천진우 단장은 “해상도와 안전성을 동시에 만족하는 차세대 조영제를 개발했다”라고 전했으며, 최병욱 교수는 “뇌졸중, 심근경색, 협심증, 치매 등 뇌심혈관질환 진단 정확도를 높일 것으로 기대된다”라고 전했다.

 

연구결과 논문게재

이번 연구결과는 기초과학연구원, 보건복지부 선도형연구중심병원사업과 과학기술정보통신부 지원으로 수행되었고, 국제학술지 ‘네이처 바이오메디컬 엔지니어링 (Nature Biomedical Engineering(IF 18.952))’에 3월 9일 오전 1시(한국시간) 게재됐다.

 

(논문명 : High-resolution T1 MRI via renally clearable dextran nanoparticles with an iron oxide shell)

 

 

기초과학연구원과 연세대 공동연구팀이 개발한 사이오 조영제는 3차원 정밀 혈관지도를 만드는 고성능 MRI 조영제이다. 사이오는 기존 조영제보다 10배 더 정밀한 해상도를 지니고 있으며, 소변으로 전량 배출되어 안전성이 뛰어나다. 사이오 조영제는 뇌심혈관질환의 조기 진단과 치료에 크게 기여할 것으로 기대된다.

 

그림설명

 

▲ SAIO의 해상도 향상

조영제 ‘SAIO(사이오)’의 크기는 5나노미터 크기로 미세혈관 직경(0.2~0.8밀리미터)보다 약 1,500배 정도 작아 몸속 모든 혈관을 구석구석 돌아다닐 수 있다. 또한 뛰어난 해상도를 지녀 혈관을 최대 10배 더 자세히 볼 수 있다.

 

▲ SAIO 뇌혈관 지도

‘SAIO(사이오)’를 활용해 동물(쥐)의 뇌를 MRI로 촬영하니, 머리카락 굵기(100㎛)만 한 미세혈관까지 선명히 볼 수 있는 3차원 정밀 MRI 뇌혈관 지도를 구현해냈다.

 

▲ SAIO 방광 배출

SAIO 조영제는 동물실험에서 MRI 촬영 후 소변으로 완전히 배출됐다. 실험에서는 SAIO 주입 전, 후로 쥐의 방광을 MRI로 촬영했다. 시간이 지남에 따라 SAIO가 방광으로 모이는 것을 확인했고, 방광에 모인 SAIO는 소변으로 배출됐다.

 

출처: 기초과학연구원

 

뇌에 빔 프로젝터 쏴 뇌 연결지도 만드는 기술 개발