KR102637878B1 - 대뇌병변 산화철의 전자-펜톤효과를 이용한 전기장 대뇌자극치료기기 - Google Patents
대뇌병변 산화철의 전자-펜톤효과를 이용한 전기장 대뇌자극치료기기 Download PDFInfo
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Abstract
전기장 대뇌 자극치료기기는 헬멧 형상의 고정부, 고정부의 내면 일측에 고정되는 제1 쿠션패드, 제1 쿠션 패드에 부착되는 제1 회로판 및 제1 회로판에 부착되는 제1 냉각용 워터자켓을 포함하는 제1 회로 블록, 및 제1 회전 블록을 마주하며, 고정부의 내면 타측에 고정되는 제2 쿠션 패드, 제2 쿠션 패드에 부착되는 제2 회로판 및 제2 회로판에 부착되는 제2 냉각용 워터자켓을 포함하는 제2 회로 블록을 포함하며, 제1 회로판과 제2 회로판은 전기장을 형성하여 산화철로부터 전자-펜톤효과 발생과 산화철 자극 산화철-단백질응집 분쇄를 일으킬 수 있다.
Description
본 발명은 알자이머 치매, 파킨스 병 등의 퇴행성 뇌질환 병변 제거에 유용한 장치 및 이를 진단하기 위한 뇌파측정도구에 관한 것이다.
알자이머 치매에 대한 종래의 약물기반 치료기술은 Aβ 또는 타우어 단백질의 생성을 억제하거나, 해당 단백질의 대뇌 배출을 증강시켜 세포 외 아밀로이드 플라그의 침착 형성 및 대뇌염증반응 생성을 억제시키는 방법을 주로 이용하고 있다. 이 외에도 세포 내 금속이온 풀(pool) 자체를 화학적 금속 봉쇄제(iron chelator)를 이용하여 제거하거나 용해성 산화환원 독성 Aβ올리고머의 독성을 비활성화 하는 방법을 추구하는 것도 있다.
하지만 이러한 반응을 유발하기 위해 필요한 약물의 BBB(Brain Blood Barrier) 통과성 제한이 있거나, 이미 기생성된 세포 외 비용해성인 아밀로이드 플라그와 플라그 내 redox-독성 산화철 나노입자와 반응하기 어려우므로 redox-독성 제거 및 아밀로이드 플라그 및 타우어 엉김 제거를 위한 치료 효과가 제한적이었다.
즉, 종래에는 산화환원 독성의 근원인 산화철 나노입자 미네랄의 존재가 알려지지 않아 전류 및 전기장 등을 이용한 대뇌자극 치료의 분자 또는 해부학적 구조 및 병변의 타겟 설정이 없었다. 초음파(sonication)를 이용한 방법의 경우, 플라그의 엉김을 풀어서 아밀로이드 플라그 제거 효과가 있으나, 일시적 풀림 현상으로 redox-독성 금속이온-산화철 나노입자가 여전히 결합체를 이루는 가능성이 많아 일정시간이 지나면 처음과 같이 단백질 엉김이 재현되어 2주 간격 등 주기적으로 반복해야 된다. 또한 redox-독성 산화철 나노입자와는 아무런 반응 기작이 없기 때문에 병리적 페리틴 단백질 내 또는 플라그 혹은 타우어 엉김의 핵심 내 금속-단백질 생광물화를 근본적으로 동일하게 제거하지 못하였다.
또한, 환자가 간편하게 가정에서 반복적으로 치료행위를 할 수 있거나 치료에 보조적인 장비로 증상치료 및 효능 분석을 할 수 있는 현장 케어 기기는 종전까지 없었다.
[선행기술문헌]
(비특허문헌 1) Qian Liu et al. Intracranial alternating current stimulation facilitates neurogenesis in a mouse model of Alzheimer's disease. Alzheimer's Research & Therapy (2020) 12:89.
(비특허문헌 2) Robert J. Wydra et al. Accelerated generation of free radicals by iron oxide nanoparticles in the presence of an alternating magnetic field. RSC Adv. 2015 ; 5(24): 18888-18893.
본 발명은 알자이머 치매 또는 파킨슨병 병변내 단백질-산화철 나노입자간 결합을 외부에서 가해준 특정주파수 전기장으로 마그네타이트에 유도된 전자-펜톤(electro Fenton)효과로 전자방출과 하이드록시 래디칼 (-OH)생성을 통해 분쇄하여 산화환원 독성 산화철 나노입자를 비독성화 시키고 동시에 결합된 단백질을 비가역적으로 손상시켜 단백질 엉김 병변을 가정이나 외래방문 환자가 머리에 일정시간 착용함으로써 손쉽게 제거할 수 있는 전기장 대뇌자극치료기기를 제공한다.
본 발명은 경두개(transcranial) 교류 전기장을 이용하여 단백질-산화철 나노입자간 결합을 분쇄할 수 있는 분쇄장치를 제공하고 뇌염증 반응 제어, 타우어 병변 차단을 통해 신경세포재생 복원과 인지기능 회복을 지원하는 전기장 대뇌자극치료기기를 제공한다.
본 발명은 β-아밀로이드 플라그, 타우 응집, 루이바디(Lewy Body) 등 산화철-단백질 또는 구리, 아연 등 금속산화물-단백질 엉김 침착 병변을 동반하는 퇴행성 뇌질환의 단백질 침착을 비가역적으로 분쇄할 수 있는 전기장 대뇌자극치료기기를 제공한다.
본 발명은 뇌파검출기를 이용하여 치료 전후 산화철의 존재 유무를 간접측정 진단하여 치료 효능을 알 수 있는 헤드셋 형태의 전기장 대뇌자극치료기기를 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 전기장 대뇌 자극치료기기는 헬멧 형상의 고정부, 고정부의 내면 일측에 고정되는 제1 쿠션패드, 제1 쿠션 패드에 부착되는 제1 회로판 및 제1 회로판에 부착되는 제1 냉각용 워터자켓을 포함하는 제1 회로 블록, 및 제1 회로 블록을 마주하며, 고정부의 내면 타측에 고정되는 제2 쿠션 패드, 제2 쿠션 패드에 부착되는 제2 회로판 및 제2 회로판에 부착되는 제2 냉각용 워터자켓을 포함하는 제2 회로 블록을 포함하며, 제1 회로판과 제2 회로판은 전기장을 형성하여 산화철로부터 전자-펜톤효과 발생과 산화철 자극 산화철-단백질응집 분쇄를 일으킬 수 있다.
제1 회로판과 제2 회로판은 약 0.5 ~ 10.0 Mhz의 전기장을 생성할 수 있으며, 바람직하게는 약 1 Mhz의 전기장을 생성할 수 있다.
제1 회로판과 제2 회로판은 절연체에 부착된 전기도체판 또는FPCB 상에서 와이어 또는 코일 형태로 형성될 수 있으며, 약 5 ~ 300 V의 전기장을 형성할 수 있다. 전기장에 의해서 뇌병변에 결합되어 있는 산화철 나노입자에 뇌조직내 위치에 따라 약 0.1~5 volt/cm의 전압이 가해져 전자-펜톤 효과를 일으킬 수 있다.
고정부를 머리에 착용하는 것을 확인하기 위해서 제1 쿠션패드 및 제2 쿠션패드 중 적어도 하나에는 스트레인 게이지 기능을 갖는 측정 센서가 장착될 수 있다. 측정 센서는 스트레인 감지를 통해서 환자와의 접촉 여부를 감지할 수 있다.
고정부의 내면에는 복수의 뇌파 측정센서가 장착될 수 있으며, 치료의 진행에 따른 뇌파의 변화를 감지할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 전기장 대뇌 자극치료기기는 환자의 두개골에 고정되는 고정부, 고정부에서 두개골의 일측에 배치되는 제1 회로 블록, 및 제1 회로 블록을 마주하며 두개골의 타측에 배치되는 제2 회로 블록을 포함하며, 제1 회로 블록과 제2 회로 블록은 전기장을 형성하여 산화철 나노입자 표면으로부터 전자 방출 및 전자-펜톤효과 발생과 산화철-단백질응집 분쇄를 일으킬 수 있다.
제1 회로 블록 및 제2 회로 블록은 약 0.5 ~ 10.0 Mhz의 전기장을 생성할 수 있으며, 바람직하게는 약 1 Mhz의 전기장을 생성할 수 있으며, 약 0.1~5 volt/cm의 전기장을 형성하여 전자-펜톤 효과를 일으킬 수 있다.
고정부는 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 예를 들어 헬멧, 모자, 그물 등 머리에 고정 또는 근접하게 위치시킬 수 있는 형상으로 제공될 수 있다.
제1 회로 블록은 제1 회로판, 제1 회로판을 고정부에 고정시키는 제1 쿠션패드, 및 제1 회로판에 부착되는 제1 냉각용 워터자켓을 포함하며, 제2 회로 블록 역시 제2 회로판, 제2 회로판을 고정부에 고정시키는 제2 쿠션패드, 및 제2 회로판에 부착되는 제2 냉각용 워터자켓을 포함할 수 있다.
제1 쿠션패드 및 제2 쿠션패드는 젤 패드 형상으로 제공될 수 있으며, 아크릴레이트 또는 연조직 모사 젤을 이용하여 형성될 수 있다. 제1 쿠션패드 및 제2 쿠션패드 중 적어도 하나에는 스트레인 게이지 기능을 갖는 측정 센서가 장착되어 환자와의 접촉 여부를 감지할 수 있으며, 스트레인 게이지 기능을 갖는 측정 센서는 쿠션패드의 측면에 장착될 수 있다.
이 외에도 측정 센서는 스트레인 게이지 기능 외에도 다른 기능을 포함할 수 있는데, 위치 또는 각도에 관한 정보를 감지하는 기능을 포함할 수 있고, 제1 회로 블록 또는 제2 회로 블록의 위치 또는 각도에 대한 정보를 생성 또는 수신할 수 있다.
제1 회로 블록 및 제2 회로 블록 중 적어도 하나에는 서미스터가 장착되어, 회로판 또는 회로 블록의 온도를 측정할 수 있다.
고정부에는 전기장을 형성하기 위한 회로 블록 외에도 복수의 뇌파 측정센서가 장착될 수 있고, 회로 블록 역시 2개 이상 장착되는 것도 가능하다. 제3 회로 블록은 제1 회로 블록과 제2 회로 블록 중간 또는 고정부의 천장에 위치할 수 있다.
전기장을 이용한 산화철 전자-펜톤 효과 유도 산화철-단백질응집 분쇄장치는 병변에 퍼져 있는 산화철 나노입자에 약 1Mhz 및 약 5~300 볼트 전기장을 양 회로판의 전극에 가하여 병변내 산화철 마그네타이트를 자극 나노입자 표면으로부터 전자를 방출케 하고 펜톤 반응을 일으킬 수 있다.
전기장을 이용한 대뇌자극치료기기는 전자-펜톤 효과로서 산화철 나노입자표면으로부터 전자방출과 하이드록실 래디칼을 생성, 산화철 나노입자-단백질 간 결합이 분쇄되고, 단백질 메트릭스를 분쇄, 산화철 나노입자와 단백질 엉김 비용해성 침착을 용해성으로 변환시킬 수 있다.
본 대뇌자극치료기기는 외부의 모바일 기기와 연동할 수 있으며, 가정에서도 사용자의 사용 및 치료가 가능할 수 있다. 이를 위해 스트레인 게이지를 통해 환자의 접촉을 감지하고, 워터자켓 등을 이용하여 과열을 방지하고, 회로 블록의 위치나 각도를 실시간 감지하여 최적의 사용 조건을 형성할 수 있다.
본 발명의 대뇌자극치료기기는 1MHz와 같은 특정 주파수 전기장을 이용한 전자-펜톤자극 산화철-단백질응집 분쇄를 이용할 수 있으며, 산화철로 유도되는 단백질-산화철 생광물화를 동반하는 알자이머 치매, 파킨슨 병, 헌팅톤 병, 다중 경화증, ALS 등 퇴행성 뇌질환의 산화-환원 독성을 비활성화 시키고, 불용성 단백질-산화철 광물화를 분쇄 용해시킴으로써, 인지기능 회복, 행동장애 제거에 유의미한 효과를 제공할 수 있다.
또한, 가정, 병실 등 다양한 공간에서 대뇌자극치료기기를 사용할 수 있게 함으로써, 조기 치매 및 파킨슨 병 환자에게 비정상적 기능-상태인 산화철 저장 단백질을 제거를 통하여, 철괴사 (ferroptosis) 및 뇌염증반응을 감소를 통해, 산화철 광물화진행과 타우어병변을 차단시키고 신경세포재생 비롯한 인지기능 회복 등 치매를 비롯한 임상적 증상의 발현을 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위한 TEM 영상을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위해 치료 전후 시간별 아밀로이드 β-마그네타이트 피브릴의 구조변화를 나타내는 형광측정법의 시간별 크기를 도시하는 Tf-T 형광측정 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위해 치료 후 전자-펜톤 효과로 산화철 마그네타이트로부터 유발되는 하이드록실 활성산소 생성을 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위해 동물의 헤드에 장착한 다른 형태의 대뇌자극치료기기를 설명하기 위한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 전기장 대뇌자극치료기기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5의 전기장 대뇌자극치료기기의 저부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위해 치료 후 독성 산화철 및 A 플라그의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료 후 동물의 인지기능 회복을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위해 치료 전후 시간별 아밀로이드 β-마그네타이트 피브릴의 구조변화를 나타내는 형광측정법의 시간별 크기를 도시하는 Tf-T 형광측정 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위해 치료 후 전자-펜톤 효과로 산화철 마그네타이트로부터 유발되는 하이드록실 활성산소 생성을 측정한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위해 동물의 헤드에 장착한 다른 형태의 대뇌자극치료기기를 설명하기 위한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 전기장 대뇌자극치료기기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 5의 전기장 대뇌자극치료기기의 저부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위해 치료 후 독성 산화철 및 A 플라그의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료 후 동물의 인지기능 회복을 설명하기 위한 그래프이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
우선, 퇴행성 뇌질환의 대표적 병변은 공통적으로 산화철 나노입자를 핵으로 하여 공유 결합된 아밀로이드, 타우, 알파-시뉴클레인 등 단백질 엉김으로써, 철(Fe2+)의 산화환원 독성을 가지며 복합체 표면에 추가로 구리, 아연 등 금속이온 등이 엉김 또는 응집된 비용해성 복합체일 수 있다.
이로부터 용해성 아밀로이드 올리고머가 사방으로 퍼져서, 금속이온, 산화철의 산화환원독성으로 주변 신경조직 등을 손상시키는 신경독성물질일 수 있다.
이러한 병변에 특정 주파수 전기장을 가해주면, 단백질 응집 생광화물 내부의 산화철 나노입자(마그네타이트 혹은 페리하이드라트)로부터 전자방출을 유발, 하이드록실 활성산소가 생성되는 전자-펜톤 효과가 발생하여 산화철 나노입자-단백질 간 화학적 결합을 깨고 단백질을 손상, 응집된 산화철 나노입자와 단백질 엉김을 용해성으로 변환시킨다. 즉 독성 산화철(Fe2+ 이온)이 비활성화 (Fe3+ 이온) 되고, 손상된 단백질 조각은 미세 아교세포의 포식작용으로 제거될 수 있다.
실험예 1
아밀로이드 단백질-마그네타이트 섬유소 모델을 마우스 두경부와 대뇌조직젤 생체외(in vitro) 팬텀내 제작하고, 마그네타이트가 산화환원 독성상태인 2가 이온으로 환원됨을 확인하고, 약 1 Mhz 및 약 1.25 V/cm 전기장을 가해서 마그네타이트가 3가 이온으로 비독성화 되고, 마그네타이트-아밀로이드 섬유소가 파괴되는 양상을 TEM영상과 Tf-T 형광 분광법으로 확인하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위한 TEM 영상을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위해 치료 전후 시간별 아밀로이드 β-마그네타이트 피브릴의 구조변화를 나타내는 형광측정법의 시간별 크기를 도시하는 Tf-T 형광측정 그래프이다.
도 1은 전기장 대뇌자극치료기기를 이용하여 전자-펜톤자극 산화철-단백질응집 분쇄를 수행한 결과로, 전기장 산화철자극 처리 전 상태(상, 좌) 및 처리 후 상태(상, 우)를 도시한 TEM 영상을 포함한다.
도 2는 대뇌자극치료기기를 이용하여 전자-펜톤자극 산화철-단백질응집 분쇄를 수행한 결과로, 전기장 산화철자극 처리 전후 시간별 아밀로이드-마그네타이트 섬유소의 분쇄 상태를 검출하는 Tf-T 형광 스펙트럼을 포함한다.
도 2를 보면, 전기장이 가해진 후 약 15분부터 아밀로이드- 마그네타이트 섬유소가 현저히 분쇄되는 것을 확인할 수 있다. 대뇌자극치료기기를 이용한 양성자자극 처리 전후 시간별 아밀로이드 β-마그네타이트 피브릴의 구조변화를 나타내는 형광측정법의 시간별 크기를 도시할 수 있다.
실험예 2
산화철 마그네타이트 나노입자용액을 마우스 두경부 와 대뇌조직젤 생체외(in vitro) 팬텀내 제작하고, 1 Mhz 및 1.25 V/cm 전기장을 가해서 superoxide 및 하이드록실 활성산소의 생성을 산화반응-형광 검색체 분광법으로 측정하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위해 치료 후 전자-펜톤 효과로 산화철 마그네타이트로부터 유발되는 하이드록실 활성산소 생성을 측정한 그래프이다.
전기장 대뇌자극치료기기
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5의 전기장 대뇌자극치료기기의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 5의 전기장 대뇌자극치료기기의 저부를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 전기장 대뇌 자극치료기기(100)는 헬멧 형상의 고정부(110), 고정부(110)의 내면 일측에 고정되는 제1 회로 블록(120), 고정부(110)의 내면 타측에서 제1 회로 블록(120)을 마주하는 제2 회로 블록(130), 및 고정부(110)와 회로 블록(120, 130)에 장착된 복수의 뇌파 측정센서(140)를 포함할 수 있다.
제1 회로 블록(120)은 고정부(110)의 내면에 부착되는 제1 쿠션패드(124), 제1 쿠션패드(124)에 부착되는 제1 회로판(122) 및 제1 회로판(122)에 부착되는 제1 냉각용 워터자켓(126)을 포함하며, 이와 유사하게 제2 회로 블록(130)도 제2 쿠션패드(134),제2 회로판(132) 및 제2 냉각용 워터자켓(136)을 포함할 수 있다.
제1 쿠션패드(124) 및 제2 쿠션패드(134)는 젤 패드 형상으로 제공될 수 있으며, 아크릴레이트 또는 연조직 모사 젤을 이용하여 형성될 수 있다.
제1 회로 블록(120) 및 제2 회로 블록(130)의 외부의 제어용 본체(200)와 유선 또는 무선으로 연결되어 신호 및 측정 결과를 송수신할 수 있으며, 제어용 본체(200)는 제어용 앱을 포함하는 모바일 기기, 독립 제어장치 등이 될 수 있다.
냉각장치(300)는 본체(200)와 일체로 또는 별도로 제공될 수 있으며, 제1 냉각용 워터자켓(126) 및 제2 냉각용 워터자켓(136)에 냉각수를 공급할 수 있다.
제1 회로판(122)과 제2 회로판(132)은 섬유질과 같은 일반절연체 또는 FPCB 등을 이용하여 형성될 수 있으며, 전기도체판 또는 와이어-코일 전극을 포함할 수 있으며, 그 구조는 도 4의 구조를 일부 참조할 수 있다. 제1 회로판(122)과 제2 회로판(132)은 상호 전압차를 형성할 수 있으며, 이로 인해 발생된 전기장을 이용하여 산화철로부터 전자방출 및 전자-펜톤효과 발생과 산화철 자극 산화철-단백질응집 분쇄를 일으킬 수 있다.
본 실시예에서는 본체(200)의 제어에 따라 제1 회로판(122)과 제2 회로판(132)은 약 0.5 ~ 10.0 Mhz의 전기장을 생성할 수 있으며, 바람직하게는 약 1 Mhz의 전기장을 생성할 수 있다. 제1 회로판(122)과 제2 회로판(132)은 약 0.1 ~ 300 V의 전압 차를 형성할 수 있으며, 전기장에 의해서 뇌병변에 결합되어 있는 산화철 나노입자에 뇌조직내 위치에 따라 약 0.1~5 volt/cm의 전기장이 형성되어 전자방출 및 전자-펜톤 효과를 일으킬 수 있다.
고정부(110)를 머리에 착용하는 것을 확인하기 위해서 제1 쿠션패드(124) 및 제2 쿠션패드(134)에는 스트레인 게이지 기능을 갖는 측정 센서(128, 138)가 장착될 수 있다. 측정 센서(128, 138)는 스트레인 감지를 통해서 환자와의 접촉 여부를 감지할 수 있으며, 측정 센서(128, 138)로부터 네가티브 신호가 감지되면 작동 자체를 시작하지 않거나 정지시킬 수 있다.
이 외에도 측정 센서는 스트레인 게이지 기능 외에도 다른 기능을 포함할 수 있는데, 위치 또는 각도에 관한 정보를 감지하는 기능을 포함할 수 있고, 제1 회로 블록 또는 제2 회로 블록의 위치 또는 각도에 대한 정보를 생성 또는 수신할 수 있다.
헬멧 형태의 고정부(110)의 내면에는 다수의 뇌파 측정센서(140)가 분포될 수 있으며, 뇌파 측정센서(140)는 고정부(110)의 내면 및 워터자켓(126, 136)의 표면에도 위치할 수 있다. 뇌파 측정센서(140)는 치료의 진행에 따른 착용자의 뇌파의 변화를 감지할 수 있다. 예를 들어, 뇌파 측정센서(140)는 전기장이 대뇌에 영향을 미치기 전에 뇌파를 측정할 수 있으며, 또한 작동 이후로 시간 간격을 두고 대뇌 부가 후 전자-펜톤 효과가 발생되는 시점에서 감마 파를 비롯한 뇌파의 변화를 형성되는 지점에서 뇌파를 측정할 수 있다.
제어용 본체(200)와 대뇌자극치료기기(100)는 치료 전후 산화철-단백질 침착 병변의 제거 유무에 따라 발생하는 뇌파의 차이를 감지하며 이를 통해 치료의 지속 시간과 빈도를 조절할 수 있다.
제1 회로 블록(120) 및 제2 회로 블록(130) 중 적어도 하나에는 서미스터가 장착되어, 회로판 또는 회로 블록의 온도를 측정할 수 있으며, 서미스터 등은 회로판(122, 132) 등에 추가될 수 있다. 회로판(122, 132)는 케이블 어댑터(123, 133) 등을 통해서 제어용 본체(200)와 연결될 수 있다.
도시되지 않았지만, 회로 블록 역시 2개 이상 장착되는 것도 가능하다. 제3 회로 블록은 제1 회로 블록과 제2 회로 블록 중간 또는 고정부의 천장에 위치할 수 있다.
전기장 치료 감도가 부위에 따라 다를 수 있는데, 대뇌 부위를 투과하는 전기장의 크기를 미리 팬텀에서 측정 전극의 분포와 크기를 통해 제어함으로써 치료시 부위별로 고르게 하거나 파킨슨병과 같이 substantia nigra같이 특정 부위만 집중하도록 계산과 측정을 통해 제어하면서 병변 만을 치료 제거할 수 있다. 단위 길이당 0.1-5 Volt/cm 로 제어가 되도록 외부 전압을 걸어줄 수 있다.
전자-펜톤 전기장 발생기는 5~300 Volt 전기장을 생성하고, 전기장은 병변에 퍼져 있는 산화철 나노입자와 반응해서 전자를 방출, 전자-펜톤 반응을 유발 OH 래디칼을 생성시킬 수 있다.
전자-펜톤 반응 유발 전자 및 하이드록실 래디칼 생성 효과로서 산화철 나노입자-단백질 간 결합이 분쇄되고, 해당 단백질이 손상될 수 있으며, 수백-수천개로 응집되어 분포된 산화철 나노입자와 단백질 엉김 침착을 용해성으로 변환시킬 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료의 효과를 설명하기 위해 치료 후 독성 산화철 및 A 플라그의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 전기장 치료후 Aβ 플라그 병변내 Aβ단백질에 공유결합된 독성 산화철(Fe2+; ferrous Fe3O4 nanoparticle)에서 전자방출과 펜톤(Fenton) 효과 발생으로 독성 산화철과 Aβ 플라그가 제거되는 것을 확인할 수 있다.
여기서, CTL은 대조군으로서 치료되지 않은 치매 마우스(mouse)를 대상으로 한 것이며, EFT 0.7V/cm는 약 0.7 volt/cm의 전압으로 전자-펜톤 효과를 일으킨 것이고, EFT 1.4V/cm 는 약 1.4 volt/cm의 전압으로 전자-펜톤 효과를 일으킨 것이다.
대조군에 비해서, 전자-펜톤 효과를 일으킨 동물에게서 독성 산화철이 현저하게 감소한 것을 알 수 있으며, Aβ 플라그 역시 전기장 치료 후 현저하게 감소한 것을 알 수 있다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기장 대뇌자극치료기기의 원리를 이용한 치료 후 동물의 인지기능 회복을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 동물에 대한 전기장 치료로 독성 산화철 및 Aβ 플라그를 제거한 후, 약 30일 경과 후 인지기능이 회복되었는지를 시험한 결과이다. (a)는 새로운 물체에 대한 NOR(Noble Object Recognition) 선호 지수(preference index)를 비교한 것이며, (b)는 NOR 차별 지수(discrimination index)를 비교한 것이다.
(a)의 NOR 선호 지수는 실험 대상 동물이 새로운 물체를 인지하고 머무는 시간 또는 새로운 물체를 인지하고 관심을 가지는 시간을 기준으로 한 것이며, (b)의 NOR 차별 지수는 새로운 물체를 인지하고 머무는 시간(T1)과 나중에 같은 물체를 인지하고 머무는 시간(T2)을 이용한 것으로서, 다음의 식을 이용할 수 있다.
NOR 차별 지수 = (T1-T2) / T2
그래프에서 WT는 대조군으로 정상 마우스이고, AD(pre-treat)는 대조군으로서 치료 전 마우스이며, AD(EFT)는 전기장 치료 후 30일 경과된 마우스이다.
전기장 치료 후 치매 마우스(AD(EFT))의 NOR 선호 지수가 치료 마우스(AD(pre-treat))보다 많이 개선된 것을 알 수 있으며, 정상 마우스(WT)와 유사한 것을 알 수 있다.
도 12를 보면, 치매 마우스에 대한 전기장 치료 전후로 RAM(Radial Arm Maze) 행동시험 결과도 확인할 수 있다.
(a)는 5xFAD 마우스를 대상으로 먹이를 찾기 위해 방문했던 미로(maze)의 반복 방문 오류 빈도를 표현한 것으로서, WT는 대조군으로 정상 마우스, AD(pre-treat)는 대조군으로서 치료 전 마우스, AD(HD-F)는 1.4V/cm 전기장 치료를 30분 수행한 치료 후 마우스, AD(HD-H)는 1.4V/cm 전기장 치료를 절반인 15분 수행한 치료 후 마우스, AD(LD-H)는 0.7V/cm 전기장 치료를 30분 수행한 치료 후 마우스를 의미한다.
(b)는 3xTG 마우스를 대상으로 먹이를 찾기 위해 방문했던 미로(maze)의 반복 방문 오류 빈도를 표현한 것으로서, WT는 대조군으로 정상 마우스, AD(pre-treat)는 대조군으로서 치료 전 마우스, AD(EFT)는 전기장 치료 후 30일 경과된 마우스를 의미한다.
그래프에 나타난 바와 같이, 전기장 치료 후 미로에서의 반복 방문 오류 빈도가 줄어드는 것을 확인할 수 있으며, 치료 조건에 따라서는 거의 정상의 마우스로 근접하는 것도 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 대뇌자극치료기기 200 : 본체
300 : 냉각장치 110 : 헬멧형 고정부
120 : 제1 회로 블록 130 : 제2 회로 블록
140 : 뇌파 측정센서
300 : 냉각장치 110 : 헬멧형 고정부
120 : 제1 회로 블록 130 : 제2 회로 블록
140 : 뇌파 측정센서
Claims (14)
- 전기장 대뇌 자극치료기기에 있어서,
헬멧 형상의 고정부;
상기 고정부의 내면 일측에 고정되는 제1 쿠션패드, 상기 제1 쿠션 패드에 부착되는 제1 회로판 및 상기 제1 회로판에 부착되는 제1 냉각용 워터자켓을 포함하는 제1 회로 블록; 및
상기 제1 회로 블록을 마주하며, 상기 고정부의 내면 타측에 고정되는 제2 쿠션 패드, 상기 제2 쿠션 패드에 부착되는 제2 회로판 및 상기 제2 회로판에 부착되는 제2 냉각용 워터자켓을 포함하는 제2 회로 블록;을 포함하며,
서로 마주하는 상기 제1 회로판 및 상기 제2 회로판은 0.5 ~ 10.0 Mhz의 교류 전기장을 생성하고,
상기 제1 회로판과 상기 제2 회로판은 교류 전기장을 형성하여 산화철로부터 전자-펜톤효과 발생과 산화철 자극 산화철-단백질응집 분쇄를 일으키는 전기장 대뇌 자극치료기기.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 회로판 및 상기 제2 회로판은 0.1~5 volt/cm의 전기장을 형성하여 전자-펜톤 효과를 일으키는 것을 특징으로 하는 전기장 대뇌 자극치료기기.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 쿠션패드 및 상기 제2 쿠션패드 중 적어도 하나에는 스트레인 게이지 기능을 갖는 측정 센서가 장착되어 환자와의 접촉 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 전기장 대뇌 자극치료기기.
- 제1항에 있어서,
상기 고정부에는 복수의 뇌파 측정센서가 장착된 것을 특징으로 하는 전기장 대뇌 자극치료기기.
- 전기장 대뇌 자극치료기기에 있어서,
환자의 두개골에 고정되는 고정부;
상기 고정부에서 상기 두개골의 일측에 배치되는 제1 회로 블록; 및
상기 제1 회로 블록을 마주하며 상기 두개골의 타측에 배치되는 제2 회로 블록;을 포함하며,
서로 마주하는 상기 제1 회로 블록 및 상기 제2 회로 블록은 0.5 ~ 10.0 Mhz의 교류 전기장을 생성하고,
상기 제1 회로 블록과 상기 제2 회로 블록은 교류 전기장을 형성하여 산화철로부터 전자-펜톤효과 발생과 산화철 자극 산화철-단백질응집 분쇄를 일으키는 전기장 대뇌 자극치료기기.
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 제1 회로 블록 및 상기 제2 회로 블록은 0.1~5 volt/cm의 전기장을 형성하여 전자-펜톤 효과를 일으키는 것을 특징으로 하는 전기장 대뇌 자극치료기기.
- 제6항에 있어서,
상기 고정부는 헬멧 형상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 전기장 대뇌 자극치료기기.
- 제6항에 있어서,
상기 제1 회로 블록은 제1 회로판, 상기 제1 회로판을 상기 고정부에 고정시키는 제1 쿠션패드, 및 상기 제1 회로판에 부착되는 제1 냉각용 워터자켓을 포함하며,
상기 제2 회로 블록은 제2 회로판, 상기 제2 회로판을 상기 고정부에 고정시키는 제2 쿠션패드, 및 상기 제2 회로판에 부착되는 제2 냉각용 워터자켓을 포함하고,
상기 제1 쿠션패드 및 상기 제2 쿠션패드 중 적어도 하나에는 위치 또는 각도에 관한 정보를 감지하는 기능을 갖는 측정 센서가 장착되어 상기 제1 회로 블록 또는 상기 제2 회로 블록의 위치 또는 각도에 대한 정보를 생성 또는 수신하는 것을 특징으로 하는 전기장 대뇌 자극치료기기.
- 제10항에 있어서,
상기 제1 쿠션패드 및 상기 제2 쿠션패드 중 적어도 하나에는 스트레인 게이지 기능을 갖는 측정 센서가 장착되어 환자와의 접촉 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 전기장 대뇌 자극치료기기.
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 제1 회로 블록은 제1 회로판, 상기 제1 회로판을 상기 고정부에 고정시키는 제1 쿠션패드, 및 상기 제1 회로판에 부착되는 제1 냉각용 워터자켓을 포함하며,
상기 제2 회로 블록은 제2 회로판, 상기 제2 회로판을 상기 고정부에 고정시키는 제2 쿠션패드, 및 상기 제2 회로판에 부착되는 제2 냉각용 워터자켓을 포함하고,
상기 제1 회로 블록 및 상기 제2 회로 블록 중 적어도 하나에는 서미스터가 장착된 것을 특징으로 하는 전기장 대뇌 자극치료기기.
- 제6항에 있어서,
상기 고정부에는 복수의 뇌파 측정센서가 장착된 것을 특징으로 하는 전기장 대뇌 자극치료기기.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/IB2023/058425 WO2024047489A1 (ko) | 2022-09-02 | 2023-08-25 | 대뇌병변 산화철의 전자-펜톤효과를 이용한 전기장 대뇌자극치료기기 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20220111705 | 2022-09-02 | ||
| KR1020220111705 | 2022-09-02 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102637878B1 true KR102637878B1 (ko) | 2024-02-19 |
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ID=90055702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230022508A KR102637878B1 (ko) | 2022-09-02 | 2023-02-20 | 대뇌병변 산화철의 전자-펜톤효과를 이용한 전기장 대뇌자극치료기기 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| WO (1) | WO2024047489A1 (ko) |
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- 2023-02-20 KR KR1020230022508A patent/KR102637878B1/ko active IP Right Grant
- 2023-08-25 WO PCT/IB2023/058425 patent/WO2024047489A1/ko unknown
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| Shoogo Ueno, New Horizons in Electromagnetics in Medicine and Biology, Ueno, S. (2021). New horizons in electromagnetics in medicine and biology. Radio Science, 56, e2020RS007152. 2022년 1월 20일.* * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024047489A1 (ko) | 2024-03-07 |
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