[헬스인·싸] '나노로봇'이 이끌어 갈 의료 혁신의 미래

[라포르시안]

[라포르시안] 나노로봇은 혈액 세포보다 10배 작은 초소형 로봇으로 의료산업에 혁신을 일으킬 준비가 돼 있다. 나노기술은 차세대 소프트웨어 플랫폼 및 지도 학습 머신러닝과 결합돼 강력한 진단·치료 및 모니터링 도구를 제공한다.

특정 작업을 수행하도록 설계된 나노로봇은 식별할 수 있는 특성을 가진 세포를 찾아내거나 약물을 실어 목표 부위로 전달 또는 특정 경로를 통해 카메라를 장기로 이동시키는 등 작업을 수행할 수 있다.

뿐만 아니라 경구용 알약과 주사를 포함한 전달 옵션을 통해 최소한의 침습적 화학 요법과 같은 치료에서 발생하는 부수적인 손상을 피하면서 정확하게 표적을 치료할 수도 있다.

2023년 SNS 인사이더(Insider) 보고서에 따르면 나노로봇 시장은 2022년 74억6000만 달러에 달했으며, 2030년에는 175억6000만 달러에 달할 것으로 추산된다. 미국 시장조사업체 트랜스패런시 마켓 리서치(Transparency Market Research) 역시 약리학, 당뇨 모니터링, 생체계측 그리고 프로그래밍, 제어·설계를 통한 다양한 의료 분야에서 나노로봇의 도입 증가를 언급하며, 의료 분야에서의 나노로봇 시장이 2031년까지 126억 달러에 이를 것으로 내다봤다.

전 세계 연구자들은 암을 제거하는 나노로봇의 연구 개발에 전념해 왔으며, 그 노력의 결실을 보기 시작했다. 나노로봇의 암 관련 응용 분야는 약물 전달 종양 감지·진단 표적 치료 최소 침습 수술 등 다양한 치료에 활용되고 있다. 무엇보다 조기 진단과 치료는 성공적인 결과에 매우 중요한 것으로 여겨지며, 현재 많은 치료법은 혹독한 부작용을 동반한다. 나노 로봇은 이러한 문제에 대한 해답을 제공하고 앞으로 더 많은 역할을 할 것으로 기대된다.

나노 로봇은 큰 부작용 없이 전염성 질병을 진단·치료할 수 있도록 프로그래밍 돼 있다. 특정 세포에 도달하기 전 몸 전체를 통과해 영향을 미치게 되는 일반적인 약물과 달리 식별된 세포에 약물을 직접 전달할 수 있고, 동맥에 쌓인 플라그도 섭취할 수 있다. 더불어 나노로봇에 내장된 전기 마이크로칩은 인체 조직과 결합해 당뇨병 환자의 혈당 수치를 측정·모니터링하고 스마트 백신, 디지털 치료, 캡슐 내시경 검사 등에도 활용된다.

나노로봇은 또한 상처에 국소적으로 영향을 미치는 대신 항생제를 상처 전체에 고르게 퍼뜨릴 수 있다. 이러한 나노로봇은 거의 모든 재료로 만들 수 있다. 의료용으로는 인체 및 인체 구성 요소와 호환되는 재료로 만들어야 한다. 이에 따라 생물학적 물질이나 유기 물질, 심지어 DNA 분자로 제작된 나노로봇이 개발되고 있다. 최근 DNA 나노기술 연구는 대규모 재생 의학에 활용하는 방법을 촉진하고 있으며, 이는 나노로봇 시장 성장에 기여할 것으로 예상된다.

금속으로도 제작되지만 일반적으로는 실리콘으로 만들어지는 나노로봇은 혈류 내 전해질이나 혈액을 사용해 화학 반응을 일으켜 에너지를 만든다. 자기장과 초음파는 외부 전원을 대체할 수 있으며, 나노로봇을 체내로 안내하는 데에도 사용할 수 있다. 핵에너지 또한 가능한 동력원으로 거론되고 있다. 이밖에 특정 세포막에 정확하게 구멍을 뚫어 비정상 세포를 파괴하고 다양한 약물을 투여할 수 있는 나노 크기의 로봇은 비침습적 수술의 잠재적 가능성을 제시한다.

나노로봇은 기술 발전과 함께 다양한 의료 분야에 응용될 것이며 암 치료 당뇨병 모니터링 상처 치유(재생 의학) 치과 치료 혈액 모니터링(혈전 예방) 등 여러 새로운 분야에서 큰 변화를 불러올 것이다. 궁극적으로는 이러한 나노로봇과 제노봇(생물학적 물질로 만든 나노로봇)은 약물을 전달하거나 동맥을 차단하는 등 작업을 목적으로 조합해 사용할 수 있는데, 실제로 MIT에서는 종양을 둘러싸서 혈액 공급을 차단하는 등 용도로 더 큰 구조로 스스로 조합되는 마이크로 로봇을 만들기도 했다.

만약 하나의 로봇으로 구조물을 만들기에 충분하지 않다면 로봇은 자가 복제해 작업을 분할한다. 이것은 자손을 직접 생산하는 것이 아니라 재료를 수집해서 자신을 복제하는 방식이다. 이처럼 살아있는 유기체가 인상적인 천연 나노 기계를 생산한다는 점은 흥미롭다. 이러한 천연 나노로봇은 신체 세포 기능의 일환으로 화학 물질을 매우 효과적으로 운반한다.

헬스케어 산업에서의 나노기술은 '나노 사물인터넷'(IoNT)의 시장 성장을 이끄는 주요 요인 중 하나다. IoNT는 질병 탐지, 진단, 영상화 및 예방에 사용되는 나노 시스템뿐만 아니라 환자의 심박수·혈압과 같은 생체 신호를 실시간 모니터링하고 질병을 조기 진단할 수 있도록 돕는 의료용 스마트 웨어러블을 만드는 데에도 활용된다.

하지만 현재 나노로봇 개발자들이 직면하는 어려움에는 100만분의 1m보다 작은 물체를 다루는 문제 외에도 의료용으로 사용하거나 인체에 삽입할 수 있는 사물에 대한 전 세계적인 제한과 진화하는 정부 규제가 포함된다. 여기에 나노로봇이 스스로 복제해 지구의 모든 자원 또는 숙주의 모든 자원을 소모할 수 있다는 공상 과학 소설의 경고에 대응해야 할 필요성도 있을 수 있다.

전력 문제 역시 장애물 중 하나다. 가령 핵에너지와 같은 전력원에 대한 우려다. 이는 매우 미세한 크기의 나노로봇에도 여전히 걱정되는 부분이다. 또한 나노로봇이 정확한 위치에 약물을 전달할 수 있도록 제어하는 문제도 배제할 수 없다. 끝으로 나노로봇의 사용 후 처분·분해 또는 추출에 관한 문제가 추가적인 난제다.

의료 분야는 전 세계적으로 전문 인력, 의약품, 자원에 대한 수요가 공급을 앞지르고 있다. 이로 인해 점점 더 많은 사람이 필요한 치료를 받지 못하고 방치될 가능성이 커지고 있다. 나노로봇은 최소한의 약물을 정확히 필요한 곳에 전달할 수 있다.

이를 통해 침습적 수술 필요성을 줄여 입원 및 회복 시간을 단축하고, 모니터링과 재생 중재를 통해 예방 의학을 크게 개선할 수 있는 충분한 잠재력이 있다. 우리가 나노기술을 활용하고 더 큰 상상력을 발휘해 나노로봇의 발전과 의료 분야 적용을 적극 실행해야 하는 이유다.

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