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그래핀 기반 신기술, 뇌종양 수술에서 암세포 탐지의 길을 열다

최근 영국에서 진행되는 임상시험이 의료계와 과학계의 이목을 끌고 있습니다. 차세대 신소재로 불리는 '그래핀'이 암세포와 정상 세포를 구분하는 수술 보조 기술로 사용될 첫 사례가 될 것으로 보이기 때문입니다. 뇌종양 환자들의 수술에서 암세포를 효과적으로 식별하고 제거할 수 있는 방안으로 그래핀이 주목받고 있습니다. 기존의 기술로는 한계가 있었던 암세포 탐지에 있어 그래핀이 어떤 역할을 할지 기대가 큽니다.

꿈의 신소재, 그래핀의 특성과 도전

그래핀은 2004년에 처음 발견된 후, "꿈의 신소재"라는 별칭으로 불리며 많은 기대를 받아왔습니다. 2010년에는 그래핀을 발견한 과학자들이 노벨 물리학상을 수상하기도 했습니다. 강도가 강철의 200배에 달하고, 두께는 원자 한 층 수준인 0.35nm(나노미터)로 매우 얇으며, 전기와 열을 효과적으로 전달할 수 있는 특성까지 갖췄습니다. 전기 전도성은 실리콘보다 100배 뛰어나기 때문에 반도체, 전자기기 등에서 열 발생 문제를 해결하는 데 크게 기여할 것이라는 기대를 모았죠.

하지만 상용화의 벽은 높았습니다. 그래핀은 대량 생산이 어렵고, 제조 비용이 높아 실생활에서 본격적으로 활용되기에는 여전히 어려움이 존재합니다. 이러한 상황에서 의료 분야에서 그래핀의 가능성이 먼저 열리고 있다는 점은 주목할 만합니다.

뇌종양 수술에서의 그래핀 활용, 어떻게 가능한가?

이번 연구는 영국 맨체스터 대학교의 연구진과 영국 왕립 샐퍼드 병원이 함께 진행하고 있습니다. 연구진은 그래핀 기반 전자 칩을 통해 암세포와 건강한 뇌세포를 구별하려는 목표를 가지고 임상시험에 착수했습니다. 뇌종양 수술에서 특히 중요한 부분은 암세포만 정확히 제거하는 것입니다. 암세포가 중요한 뇌 기능과 관련된 부위에 인접한 경우, 의료진은 암세포 제거 시에도 반드시 정상 세포를 보호해야 합니다.

그래핀 기반의 뇌-컴퓨터 인터페이스(Brain-Computer Interface, BCI) 장치가 이번 연구의 핵심입니다. 이 장치는 뇌에서 방출되는 미세한 전기 신호를 정밀하게 감지할 수 있는 기능을 제공합니다. 뇌세포는 사고, 행동, 인식 등 다양한 뇌 활동에서 특정 전기 신호를 방출하는데, 기존의 기술로는 낮은 주파수나 높은 주파수의 모든 신호를 탐지하는 데 어려움이 있었습니다. 그래핀을 통해 이러한 미세한 전기 신호를 포착함으로써 정상 세포와 암세포를 구분하는 것이 가능해진 것입니다.

그래핀 기반 BCI 장치의 작동 원리

그래핀 기반 BCI 장치는 환자의 두개골을 개방한 뒤 뇌 위에 올려 설치됩니다. 이 기기에는 뇌세포의 전기 신호를 수신하고 송신할 수 있는 전극이 부착되어 있으며, 이 전극을 통해 의료진이 뇌세포를 자극하고 반응을 측정할 수 있습니다. 특히 정상적인 뇌세포는 특정 전기 신호를 방출하는 반면, 암세포는 전기 신호를 방출하지 않습니다. 이러한 차이를 통해 BCI 장치가 정상 뇌세포와 암세포를 구분할 수 있는 것입니다. 의료진은 이를 통해 뇌종양을 보다 정확하게 제거할 수 있을 것으로 기대됩니다.

임상시험의 의의와 향후 그래핀의 활용 가능성

연구를 이끄는 맨체스터 대학교의 코스타스 코스타렐로스 교수는 이번 연구가 의료 현장에서 그래핀의 효용을 입증하는 중요한 발걸음이 될 것이라고 설명했습니다. 그는 "암세포가 중요한 뇌 기능을 담당하는 영역에 있는 경우, 의료진은 암세포를 제거할 때 특히 주의해야 한다"며 그래핀 기반 기술이 이를 더 정확하고 안전하게 할 수 있을 것이라고 말했습니다. 또한, 코스타렐로스 교수는 그래핀 기반 전기 칩이 뇌전증이나 뇌졸중 환자의 뇌에서 발생하는 미세한 전기 신호를 감지하는 데도 유용하게 활용될 수 있음을 시사했습니다.

그래핀의 의료 분야 적용, 미래에 대한 기대

그래핀은 앞으로도 다양한 의료 분야에서 새로운 가능성을 열어갈 것으로 기대됩니다. 예를 들어, 신경질환 치료나 뇌 질환 연구, 더 나아가서는 정밀한 인공지능 의료 기술의 발전에도 중요한 역할을 할 수 있을 것입니다. 지금까지 그래핀이 상용화되지 못했던 원인 중 하나가 비용 문제와 생산의 어려움이었지만, 의료 기술에 있어서는 그래핀의 뛰어난 전기 전도성과 열 전도성이 매우 유용하게 활용될 수 있습니다.

이번 임상시험이 성공적으로 마무리된다면, 그래핀을 기반으로 한 의료 기기와 뇌 질환 치료 기술은 큰 진전을 이루게 될 것입니다. 그래핀이 보여줄 수 있는 가능성은 무궁무진하며, 앞으로도 그래핀이 의료 및 다양한 산업에 미치는 긍정적인 영향을 기대해볼 수 있습니다.