엔지니어와 임상의들은 수술용 식염수에 빛을 흡수하는 나노입자를 추가하면 열 위험이나 건강한 조직 손상을 증가시키지 않으면서 레이저 신장결석 제거 효과를 최대 7배까지 높일 수 있다는 사실을 발견했습니다.
시카고 대학과 듀크 대학의 연구원들은 신장 결석에 대한 레이저 쇄석술의 효능과 안전성을 향상시키는 나노입자가 포함된 식염수 용액을 개발했습니다.
에 발표된 연구 첨단과학폴리머 나노유체의 전도성이 조직 손상을 증가시키지 않으면서 레이저 효율을 최대 7배까지 향상시킬 수 있음을 보여줍니다.
레이저 쇄석술은 비뇨기과 전문의가 작은 비디오 보조 레이저를 사용하여 고통스럽고 잠재적으로 해로울 수 있는 신장 결석을 작은 조각으로 조각내는 절차입니다.
이 방법이 최대한 완벽하려면 신장 결석을 가능한 가장 미세한 입자, 이상적으로는 분말로 분해하여 진공 청소기로 안전하게 제거할 수 있어야 합니다.
그러나 더 강력한 레이저를 사용하면 주변 조직을 손상시키고 환자의 불편함을 유발할 수 있는 추가 열이 발생합니다.
분명히, 신장에 너무 많은 에너지를 공급하고 싶지는 않을 것입니다. 왜냐하면 그것은 매우 위험하기 때문입니다. 우리가 작업에서 보여주는 것은 이미 사용되고 있는 레이저 에너지를 더 잘 활용하는 방법입니다..
포춘 수(Po-Chun Hsu), 어시스턴트. 시카고대학교 프리츠커 분자공학부 교수
이 연구의 의미는 미국 인구의 11%에 영향을 미치는 질환에 대해 더 짧은 수술 시간, 더 빠른 회복 시간 및 더 낮은 재발률로 이어질 수 있습니다.
솔루션 속의 솔루션
학제간 팀은 레이저 자체를 수정하지 않고도 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 연구하여 솔루션을 개발했습니다.
그들의 해결책은 식염수 용액에 고분자 나노입자를 분산시키는 새로운 방법이었습니다.
생리식염수는 약간 식염수인 임상용액으로 의사들이 신장의 빈 부분을 확장하고 쇄석술 중 시야를 확보하기 위해 사용합니다. 일반적으로 레이저 에너지의 상당 부분은 시술 중에 식염수에서 열로 손실됩니다.
그러나 연구원들은 특정 레이저 파장을 흡수하는 어두운 나노입자를 이 식염수 용액에 내장하면 레이저가 에너지를 반사하거나 산란시키는 대신 돌에 초점을 맞출 수 있다는 것을 발견했습니다.
이러한 발전으로 인해 신장 결석에 전달되고 흡수되는 레이저 에너지의 양이 증가하여 신장 결석이 크게 개선됩니다.
각 레이저는 레이저를 생성하는 데 사용되는 기술에 따라 고유한 파장을 갖습니다. 사람들은 ‘파장이 고정되어 있으면 작동유체나 목표로 하는 암석에서 레이저의 흡수를 바꿀 수 없다’고 생각했습니다. 나노유체는 매우 복잡한 물리적 과정에 영향을 줄 수 있는 레이저와 상관없이 돌의 구성과 관계없이 새로운 차원을 제공합니다.
연구 교신저자이자 듀크대학교 교수인 Pei Zhong.
그러나 UChicago PME의 박사후 연구원인 Qingsong Fan에 따르면 모든 나노유체가 의료 시술에 적합한 것은 아닙니다.
우선, 용액은 레이저의 파장인 2000nm 또는 2nm 정도에서 흡수성이 있어야 합니다. μm. 또 다른 기준은 나노입자가 물에 잘 분산된다는 것입니다. 왜냐하면 이것이 우리가 신장을 관개하는 방법이기 때문입니다. 그리고 세 번째이자 가장 중요한 기준은 안전해야 한다는 것입니다..
Qingsong Fan, 연구 저자, UChicago PME 박사후 연구원
실험실에서 배양한 신장 결석을 대상으로 실시한 테스트에서 팀은 세 가지 목표를 모두 성공적으로 달성한 것으로 나타났습니다. 나노유체는 스팟 치료 중 치석 절제 효율을 38~727%, 스캐닝 치료 중 26~75% 증가시켰습니다.
다양한 기간(최대 24시간) 동안 살아있는 세포를 나노유체에 노출시키면 효과적인 나노입자 용액이 무독성이고 안전하다는 사실이 입증되었습니다.
그러나 실제 적용에서는 이 물질이 거의 오랫동안 세포와 접촉하지 않습니다. 쇄석술은 일반적으로 약 30분 정도 소요되는 외래 시술입니다. Hsu는 흡수 효율을 높이면 그 시간을 10분으로 줄일 수 있다고 낙관하고 있습니다.
“이 작업에 너무 많은 시간을 소비하면 레이저의 폐열이 축적되며 이는 실제로 절제 자체보다 더 해로울 수 있습니다.“라고 Hsu가 말했습니다.
다른 돌, 다른 레이저
연구는 홀뮴:이트륨-알루미늄-가닛(Ho-YAG) 레이저와 인공적으로 성장한 신장 결석에 초점을 맞췄습니다. 레이저 쇄석술의 표준으로 인정받는 Ho-YAG는 사용 가능한 유일한 옵션은 아니지만 가장 일반적으로 사용되는 레이저 유형입니다.
일부 레이저는 먼지 제거 성능이 뛰어나고 다른 레이저는 조각화 성능이 더 뛰어나지만 먼지 제거 및 조각화 성능이 유난히 뛰어난 레이저는 없습니다. 시카고대학교나 듀크대학교 같은 대형 병원이 아닌 이상, 현지 의사들은 여러 개의 레이저를 구입할 여유가 없을 수도 있습니다. 나노유체는 다양한 임상 시나리오에서 모든 레이저의 성능을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다..
연구 교신저자이자 듀크대학교 교수인 Pei Zhong.
다음 단계에는 다양한 표준 쇄석술 레이저를 사용하여 새로운 기술의 효과를 평가하고 실험실 환경에서 성장한 신장 결석이 아닌 실제 신장 결석에 미치는 영향을 평가하는 테스트를 수행하는 것이 포함됩니다.
저널 참고자료:
팬, Q., 외. (2025) 전도성 고분자 나노입자를 사용한 나노유체 강화 레이저 쇄석술. 첨단과학. doi.org/10.1002/advs.202507714
원천:
시카고대학교
