1. 비가역전기 천공술과 항암치료술 효과 연구
- 연구 방법: Yorkshire pig 에서 마취 후 ERCP 내시경 및 비가역 전기 천공술을 검증
- 제작된 시제품을 이용하여, 실험 동물 Yorkshire pig 의 담도에서 내시경 치료 시술을 시행.
- 동물 실험은 측시경과 실험용 C-arm을 이용하여 ERCP와 유사한 프로토콜로 시행하는 방법과 초음파 내시경 유도하 직접 접근법 등을 비교
- 실험의 결과 확인 및 과정의 안정성을 확인하기 위해 개복 혹은 담관경으로 시술부위를 직접 관찰.
- 담도 및 췌장 조직에서 특징적인 변화가 있는지 확인 후 조직에서의 비가역적 전기 천공의 효과를
분석하고, 기존 보고와의 유사점, 차이점, 경과 등을 비교.
- 담관벽과 담도 주위 조직에서의 세포의 사멸 (면역염색 TUNEL method), 염증세포 침윤 정도 (대
식구, 림프구의 침윤- 면적별 갯수), 주위 조직의 손상 및 췌장 내 혈관 주요 구조물 상태 분석. 시술
후 안정성 및 장기 관찰 후 변화 관찰.
2. 전기항암화학치료의 효용성 및 기전 분석
- 연구 방법: Orthotopic mouse를 이용하여 murine pancreatic cancer model을 만들고 항암치료 효과와 병행하였을 때 조직내 흡수율의 차이를 확인
- 실험 계획 항암 약제: 1) Gemcitabine 2) 5-FU(Fluorouracil) 3) paclitaxel protein-bound particles (Abraxane) 4) Irinotecan 5) Oxaliplatin 6) Cisplatin
- 소동물에서 암세포주를 이용하여 cancer model을 만들고, 선행 연구결과에서 효과를 나타낸 항암
제를 실험 주입하며, 비가역 전기천공술 (IRE)을 tumor 에 직접시행하여 조직에서 HPLC 등을 통해 정량
분석
본 과제는 인공지능(AI) 기술과 여러 가지 정밀 영상 기술을 결합한 '다중 영상 내시현미경'을 개발하여, 의료 현장에서 실시간으로 질병을 진단할 수 있도록 실용화하는 연구임. 이는 내시경을 통해 몸속 세포 수준의 영상을 얻고 AI가 이를 분석하여 진단을 돕는 신개념 의료기기 개발에 해당함.
연구 목표는 in-vivo 동물실험 기반 하드웨어 시스템의 최종 수정 설계 및 상용 시제품 인증 시험, 품목허가 추진을 통한 실용화임. AI 기반 진단 성능 실험 및 딥 러닝 기반 Clinical Decision Support System 개발 및 통합으로 정량적 목표 달성을 지향함. 핵심 연구 내용은 상용 시제품 인증 시험, GMP/ISO 13485 인증, 품목허가 추진 등 실용화 단계 수행과 in-vivo 동물 실험 기반 하드웨어 시스템 최종 수정 설계임. 특히, AI 기반 상용 소프트웨어 개발, Attention 모듈 활용 cancer 등급 판단 주요 영역 시각화 기술 개발 및 융합 딥 네트워크 모듈 통합을 진행함. 기대 효과는 임상 기술적으로 진단-치료 융합 내시경 시술 혁신 및 비침습 세포 수준 관찰을 통한 새로운 의학 출현에 기여함. 경제적으로는 국내외 시장 선점을 통한 수입 의존도 높은 내시경 분야의 수출입 적자 해소 및 사업화 증대, 사회적으로는 조기 암 진료 및 즉시 치료를 통한 환자 삶의 질 향상과 의료비 부담 감소에 기여할 것으로 전망됨.
본 연구의 기본전략은, 연구자팀에서 선행 연구로 개발한 위내시경용 전기천공술 기술을 췌담도 내시경에 응용하여 초음파 내시경 하에 최소 침습 시술이 가능한 비가역적 전기천공술 도구를 개발하는데 있다. 일반 내시경용 전극에 췌장용 세침 시술 바늘을 결합하면, 초음파 내시경 전기 천공술 전극을 개발 가능할 것으로 예상된다.
추친계획 및 세부 전략은 다음과 같다. 1차년도에는 본 연구팀에서 선행연구로 개발한 위내시경용 전극을 췌장 시술용 초음파 내시경 세침바늘 형태로 재구성하여 디자인할 계획이다. 적정 형태의 시제품을 제작하고 췌장의 장기 특성에 맞는 형태의 전극을 개발 계획함. 2차년도에는 1차 연구에서 제작한 시제품을 동물 췌장에 적용하여 기술적인 실현 가능성 및 기전 분석, 시제품의 개량을 진행하고자 한다. 3차년도에는 최종적으로 동물 생체에서 초음파 내시경을 이용한 최소 침습적 시술을 시행하여, 췌장 장기에 대한 초음파 내시경 유도하 비가역적 전기천공술을 시행하여 안정성 및 효용성을 입증할 계획이다.
연구방법 및 진행의 세부 내용은 다음과 같다.
1차년도- 초음파 내시경용 전극 개선 연구 : 내시경용 전극 시제품을 제작
양극 전극과 음극 전극이 일렬 배열된 바늘형 전극을 개량. 전극 간 간격을 다양화하고, 전극 몸체를 부드럽고 긴 카테터 형태로 재구성하여 디자인. 전극 간격에 따른 소작 범위 확인 및 기술적 문제 개선. 소작 효과에 영향을 미치는 주요 인자인 전기 펄스의 intensity, duration, pulse 세팅을 조절.
2차년도- 췌장의 비가역적 전기 천공술 시술 실험: 초음파 내시경의 췌장 시술용 전극 시제품 개선
이전 1차년도에서 검증 후 제작된 시제품을 이용하여, 실험 동물 Yorkshire pig 의 췌장에서 적정 프로토콜을 이용한 시술을 진행함. 동물 실험은 개복 후 시술부위를 직접 관찰하는 방법과 실험적 내시경하 시술 두가지로 비교 진행. 실험 후 췌장 조직에서 특징적인 변화가 있는지 확인하고 조직에서의 비가역적 전기 천공의 효과를 분석하며, 수술적 방법과 내시경적 방법의 유사점, 차이점, 경과 등을 비교. 적정한 전기 에너지의 세기를 확인하여 기기의 안정성을 확보하며, 1차 시제품을 초음파 내시경용으로 개선하여 최종 시제품을 제작.
3차년도- 초음파 내시경 유도하 동물 췌장 전기천공술 시술: 기술의 실용화 가능성 입증
이전 1, 2차년도에서 제작된 초음파 내시경용 췌장 시술 전극을 이용하여 실험 동물에서 시술 진행. Yorkshire pig (35±5kg)에서 마취 후 초음파 내시경 시술. 초음파 내시경으로 위장 체부 후벽을 통해 췌장을 이미지화 한 후, 내시경 용 전극 세침 흡인 검사와 유사한 방식으로 puncture 시행 하고 1, 2차 년도에서 구축된 적정 protocol(amplitude, time period, pulse etc.) 의 방식으로 비가역적 전기 천공술 시행. 췌장 조직에서의 세포의 사멸 (면역염색 TUNEL method), 염증세포 침윤 정도 (대식구, 림프구의 침윤- 면적별 갯수), 주위 조직의 손상 및 췌장 내 혈관 주요 구조물 상태 분석. 시술 후 안정성 및 장기 관찰 후 변화 관찰.