신체 이식형 디바이스, 건강 케어에 도움주는 단계에 이르러

심장질환이 있는 사람들에게 희소식이 있습니다. 심장질환을 포함한 다양한 만성 질환을 치료하기 위해 많은 약을 복용하고있다면 이 차세대 디바이스 이식 장치는 혁신일것입니다. 성냥갑보다 크지 않은 이 디바이스는 인간의 심장에 전기 펄스를 보내 정기적으로 심장 박동을 유지하게 해줍니다. 전세계적으로 매년 1만개의 디바이스가 사람에게 이식된다. 이 디바이스는 심장이 비정상적으로 뛰는 환자의 심장 박동수를 일정하게 유지하는데 도움을 준다. 사실 물리적인 장치는 1958년에 최초의 이식형 심박 조율기가 개발된 이후 지난 수십년간 꾸준히 성장해왔지만 심박 조율기의 기본 개념은 변하지 않았다. 사람의 몸에 이식된 이 디바이스는 전세계에 분포하게 되었고, 심장 박동을 전세계 어디서든 모니터링 할 수도 있다. 비정상적인 박동을 보이면 전기 펄스를 가해 심장이 수축하여 몸 전체에 혈액을 공급할 수 있도록 해준다. 잠을 자고 있든 마라톤을 뒤든 심박 조율 디바이스는 동일한 펄스로 심장이 안정적으로 수축, 이완을 하게 해준다.

 

어떤 사람들은 이 심박 조율 디바이스가 더 많은 일을 할 수 있다고 생각한다. 이 디바이스는 심장이 스스로 뛰지 못할 때 단순히 충격을 가하는게 아니라 질병의 징후를 모니터링 및 진단하고 만성 질환을 관리하는데에도 도움을 줄 수 있으며 스마트폰 앱처럼 간단히 다운로드하여 심장박동을 관리, 치료할 수 있다고 보여준다. 우리 몸 주위를 도는 신경 네트워크를 직접 활용함으로써 당뇨병, 관절염, 파킨슨 병을 해결하고 방광 조절 개선, 통증 관리를 제공하는데 차세대 심박 조율 디바이스와 같은 장치를 사용할 수 있을거라 보인다.

심박 조율 디바이스는 부정맥(불규칙한 심장 박동)에 대해 엄청난 일을 했지만 고혈압 또는 기타 많은 만성 질환을 케어하지는 못한다. 그렇다면 어떻게하면 이 심박 조율 디바이스를 더 개선할 수 있을까?

 

인체에는 자체적으로 자연 심박 조율 역할을하는 신경(neuro)가 있다. 이것은 생물학적 와이어 네트워크로, 화학 메세지와 함께 신체의 모든 주요 기관, 조직에 전기 신호를 보낸다. 지난 20년 동안 바이오 일렉트로닉스로 알려진 이 분야는 이러한 신호를 직접 활용하려고 시도했다. 

 

생체 전자 장치는 심박 조율 디바이스 산업에서 진화했다. 그들은 질병을 일으키는 기능 장애 신경 회로의 활동을 제어하기 위해 신체와 연결하여 신경 신호를 복제하려고 시도했다. 심부 뇌 자극기는 이러한 장치의 잘 알려진 사례이며 전기 신호를 뇌로 전송하여 파킨슨 병과 관련된 떨림, 강성, 운동 문제를 제어하는데 사용되어왔다. 신경 자극 장치는 약물 치료가 실패한 상황에서 간질과 같은 상태를 치료하는 데에도 사용된다. 그러나 오늘날의 생체 전자 기기는 우리 몸의 중요한 변화를 고려하지 않아서 심박 조율 디바이스에 비해 정밀감이 떨어진다는 의견도 있다. 이것은 과학자들이 우리의 건강에 영향을 미치는 정확한 신경 신호 패턴(신경 바이오 마커로 알려져있음)을 이해하기 위해 노력하고 있기 때문이다.

신경 신호를 이해할 수 있게 되면 이식 가능한 장치를 사용하여 자율적으로 치료를 제공하는 우리 몸에 효과적으로 적용할 수 있다 .이 정보를 언어로 생각하면 바이오 마커는 개별 단어다. 신경 바이오 마커는 바이오 마커의 한 유형이다. 우리가 더 많은 것을 이해함에 따라 우리는 인간 신경계의 언어와 그것이 우리 몸에 대해 우리에게 말하는 것을 이해하기 시작할 수 있다. 신경 신호를 이해할 수 있게 된다면 이식 가능한 디바이스를 활용하여 특정 신경의 자극을 통해 환자에게 자율적으로 치료를 전달할 수 있게 된다. 

 

심박 조율 디바이스는 계속하여 약을 복용하지 않아도 되고 긴급할때 빠른 대처가 가능하기 때문에 환자에게 많은 자유와 도움을 줄 수 있다. 한 연구에 따르면 미국에서만 약 125,000명이 처방된 약을 준수하지 않거나 권장 복용량을 넘어서 복용하여 사망에 이른다는 결과가 나왔다. 신경을 통과하는 메세지를 해독하고 그 정보에 반응함으로써 차세대 이식형 디바이스는 인간의 건강 상태를 모니터링하고 필요에 따라 치료를 제공할 수 있게 될 것이다. 예를들면 격한 운동을 하거나 긴급한 심장 발작이 일어났을 때 이 디바이스가 신체 신호의 변화를 포착하여 활동 수준에 맞게 심장 박동을 컨트롤 하는 것이다. 또는 나이가 들어감에 따라 심장 박동이 점차 느려지는 경우, 이식형 디바이스가 이런 생리적 변화를 읽을 수 있다. 덧붙여 심장 질환이 진행 중이거나 체내에서 나타나는 경우, 임상의에게 미리 알려 사전 예방을 달성할 수 있다.

 

인체의 언어를 이해하는데 필요한 올바른 언어를 알 수 있도록 우리는 이런 디바이스를 개발할 필요가 있다. 이식형 장치가 신경 메세지를 해독하고 뇌에 다른 메세지를 전달하여 실시간으로 반응하여 표적 기관이 반응하도록 해야 하는 것은 결코 쉬운 일이 아니다. 그러나 신경 데이터는 매우 복잡하다. 인간의 심장은 혼자 존재하는게 아니며 그 기능은 호흡 속도, 방금 먹은 음식, 온도, 습도, 환경 등 많은 기관과 환경에서 오는 요인에 영향을 받기 때문이다. 이 모든 정보를 정확하게 해독하려면 인체의 언어를 이해하는데 올바른 단어를 들을 수 있도록 더 많은 신경 데이터, 더 나은 해석 기술이 필요하다. Blos는 이를 수행하는데 도움이 되는 기계 학습으로 알려진 인공지능의 한 형태로 전환했다.

 

Bios 팀에서 개발한 신경 인터페이스를 통해 원시 신경 데이터를 기록하여 심박수, 혈압, 포도당 수치, 체온, 신체 활동 수준과 같은 생리적 신호 기록과 함께 배치했다. 그들은 AI 알고리즘이 지속적인 신경 바이오 마커를 가리키는 패턴과 장기 기능의 변화와 어떤 관련이 있는지 식별할 수 있을 만큼 충분히 긴 시간 수준에서 수개월의 지속적인 신경 & 생리학적 데이터를 동기화할 수 있었다.

알고리즘은 개인으로부터 더 많은 것을 학습함에 따라 각 환자의 요구에 맞게 자동응답화할 수 있다. 이러한 양방향 신경 인터페이스는 시간이 지남에 따라 환자의 임상 다이어그램을 구축하고 환자의 질병이 어떻게 진행되고 있는지 매핑하여 임상의가 각 개인에 대한 커스텀된 치료 계획을 짤 수 있도록 도와줍니다. Bios의 이식형 디바이스는 향후 몇 년 동안 상체가 절단된 환자에서 인간 임상 시험에 사용될 예정입니다. 이는 팔을 움직이는데 필요한 신경 신호가 건강한 심장, 폐, 췌장 등을 유지하는 데 필요한 신호에 비해 평가하기 쉽고 덜 복잡한 편이기 때문입니다. 그러나 Armitage는 고혈압, 당뇨병, 방광 기능 조절 및 만성 통증 등을 포함한 다양한 상태를 치료할 수 있는 개인화된 디바이스를 향후 3~5년 내에 개발할거라고 말했다. 궁극적으로 Bios는 자사의 기술이 임상의가 새로운 치료법을 개발하기 위해 구축할 수 있는 플랫폼을 제공하고 싶다고 말한다. 예를들어 임상의가 Bios 플랫폼에서 스마트폰 어플리케이션과 마찬가지로 특정 상태에 대한 신경 치료를 구축하여 만성 질환 알고리즘으로 알아볼 수 있게끔 구현하는 것이다. 물론 적절한 테스트, 임상 실험이 필요하지만 AI 플랫폼과 이식 가능한 디바이스가 이미 활용중에 있기 때문에 그 테스트 시간을 크게 단축할 수 있을 것으로 보인다.