연구자들은 기도 질환을 탐지하고 평가하기 위해 내부 바이오마커를 모니터링하는 로봇 감각 섬모를 개발했습니다.

기계공학 조교수인 동샤오광은 인간 기도의 점액 상태를 모니터링하여 감염, 기도 폐쇄, 낭포성 섬유증(CF), 만성 폐쇄성 폐질환(COPD), 폐암과 같은 질병의 심각도를 더 잘 감지할 수 있는 인공 섬모 시스템을 개발한 연구진을 이끌고 있습니다.

이 연구는 "기도 생리학적 특성의 현장 모니터링을 위한 감각 인공 섬모"라는 제목의 논문으로 PNAS 11월 4일자에 게재되었습니다.

연구자들은 논문에서 인간의 기도 상태를 지속적으로 모니터링하는 것이 시기적절한 개입에 매우 중요하다고 언급했습니다. 특히 폐암 및 기타 질병에서 중앙 기도 폐쇄를 완화하기 위해 기도 스텐트를 이식할 때 더욱 그렇습니다. 특히 점액 상태는 염증과 스텐트 개통성을 나타내는 중요한 바이오마커를 제공하지만 모니터링하기는 여전히 어렵습니다. 컴퓨터 단층촬영 영상과 기관지경 검사에 의존하는 현재 방법은 방사선으로 인해 위험을 초래하고 병원 외부에서 지속적인 실시간 피드백을 제공할 수 있는 능력이 부족합니다.

동과 그의 팀은 생물학적 섬모의 감지 능력을 모방하여 점액의 상태를 감지하는 새로운 기술을 개발했습니다. 여기에는 질병의 심각도를 나타내는 중요한 생물학적 지표인 점도와 층 두께가 포함됩니다.

"점액 점도 감지 메커니즘은 외부 자기장을 활용하여 자기 인공 섬모를 작동시키고 유연한 스트레인 게이지를 사용하여 모양을 감지합니다." 연구자들은 이렇게 썼습니다. "또한 점액층 두께에 대한 정전용량 감지 기능이 있는 인공 섬모를 보고합니다. 이 섬모는 착용형 자기 작동 시스템에서 생성된 외부 자기장을 통해 고유한 자체 교정, 조절 가능한 감도 및 범위를 제공합니다."

연구자들은 인공 기관과 양 기관 내에서 독립적으로 또는 기도 스텐트와 함께 센서를 배치하여 이 방법을 테스트했습니다. 감지 신호는 추가 데이터 분석 및 질병 진단을 위해 스마트폰이나 클라우드로 무선으로 전송됩니다.

연구에 따르면 "제안된 감지 메커니즘과 장치는 점액 상태를 실시간으로 모니터링하고, 조기 질병 탐지를 용이하게 하며, 스텐트 개통 알림을 제공하여 시기적절한 개입과 개인화된 치료를 가능하게 하는 길을 열어줍니다."

이 연구는 Vanderbilt University Medical Center 교수진인 Fabien Maldonado(내과 및 흉부외과 교수), Caitlin Demarest(흉부외과 조교수), Caglar Oskay(토목 및 환경 공학과 학과장 겸 Cornelius Vanderbilt 공학 교수)와 협력하여 수행되었습니다. 이 연구의 첫 번째 저자인 Yusheng Wang은 기계 공학과 박사 3학년 학생입니다.

올해 초, 동 박사는 미국 국립보건원(NIH) 산하 국립생체영상 및 생체공학연구소(NIBIB)로부터 "섬모 기능 장애의 최소 침습적 치료를 위한 무선 작동 섬모 스텐트"에 관한 프로젝트를 추진하기 위한 R21 개척자상을 수상했습니다.

Trailblazer R21 Award는 생명 과학, 공학 및 물리 과학의 접점에서 NIBIB의 높은 관심을 받는 연구 프로그램을 추구하는 신규 및 초기 단계의 연구자를 지원합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241107193213.htm