심장의 움직임으로 발전하여 구동하는 페이스메이커가 개발되었습니다. 기존에는 교체나 추가가 필요했던 페이스메이커지만, 이번 타입은 평생 사용할 수 있을 가능성이 있다고 기대되고 있습니다.
Self-sustaining leadless intracardiac pacemaker powered by triboelectric nanogenerator | Science Advances
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef8903
Heartbeat-Powered Pacemaker Could Last a Patient’s Lifetime | Inside Precision Medicine
https://www.insideprecisionmedicine.com/topics/translational-research/heartbeat-powered-pacemaker-could-last-a-patients-lifetime/
기존 페이스메이커에서 일반적인 것은 '경정맥 페이스메이커'라고 불리는 타입으로, 쇄골 부근에 배터리 구동형 디바이스를 이식하고, 정맥에서 심장까지 리드를 통과시켜 박동을 촉진하는 것입니다. 이에 더해, 최근에는 심장에 직접 이식하는 '리드리스 페이스메이커'라고 불리는 타입도 사용되고 있습니다. 다만, 어느 쪽도 배터리가 7~10년밖에 지속되지 않아, 경정맥 페이스메이커는 배터리 교체가 필요하고, 리드리스 페이스메이커는 교체가 불가능하여 새로운 이식이 필요하게 됩니다.
위스콘신 대학교 매디슨 캠퍼스의 펑페이 천(Pengfei Chen) 씨 등이 개발한 것은 심장의 움직임으로 전력을 얻어 교체를 불필요하게 하는 리드리스 페이스메이커입니다. 천 씨 등은 서로 반대 전하를 가진 한 쌍의 전극판으로 이루어진 진동자에서 에너지를 회수하는 '나노 발전기'를 설계했습니다. 이것은 심장의 움직임에 의해 전극판이 서로 가까워지거나 멀어지면서 발생하는 전하를 페이스메이커의 전력 공급에 사용하거나 소형 커패시터에 저장할 수 있는 물건이라고 합니다.
실험실 테스트에서는 나노 발전기가 페이스메이커를 작동시키기에 충분한 에너지를 생성할 수 있음이 입증되었습니다. 이후 천 씨 등은 이 디바이스를 돼지에 1개월간 이식하여 유해 반응을 일으키지 않고 심장 자극을 정상적으로 수행할 수 있음을 확인했습니다.
다만, 돼지의 심장 내에서는 나노 발전기가 생성한 에너지가 실험실 테스트보다 적어졌습니다. 부드러운 조직에 의해 움직임이 감쇠된 데다, 실험실 환경에서 최대 출력을 만들어내던 '곧게 위아래로 움직이는 패턴'이 심장의 복잡한 움직임에 의해 방해받은 것이 원인으로 여겨집니다. 연구를 총괄한 슈동 왕(Sudong Wang) 씨는 "심장의 불규칙한 움직임을 효율적으로 변환하는 방법을 밝히고자 합니다. 이를 통해 심장에서 충분하고 안정적인 에너지를 생성할 수 있음을 입증하여 우리의 목표에 가까워질 수 있습니다"라고 말했습니다.
이번 페이스메이커는 단순한 설계로 비교적 저비용으로 제조할 수 있고, 평생 사용할 수 있는 견고함도 갖추고 있다고 합니다. 천 씨는 "수백만 번, 수천만 번 진동하면서도 움직임을 유지할 수 있도록 안정성과 유연성의 균형을 어떻게 잡을지 고민할 필요가 있었습니다"라고 지적했습니다. 왕 씨는 "이번 기술에서는 기존 나노 발전기와 비교해 한 자릿수 높은 출력 밀도를 실현했습니다"라고 말했습니다.
원문 보기 | 출처: Gigazine