KR102644003B1 - 암 치료 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 암 치료 장치는 상기 신호 발생기와 전기적으로 연결되고, 암 세포가 있는 타겟 영역을 사이에 두고 서로 마주하는 제 1 전극 및 제 2 전극, 및 상기 신호 발생기와 전기적으로 연결되고, 상기 타겟 영역과 인접하게 배치되는 온도 센서를 포함한다. 상기 신호 발생기는 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 교류 전압을 인가하여 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전기장을 발생시킨다. 상기 신호 발생기는 상기 온도 센서로부터 감지된 온도를 기초로 상기 전기장의 세기를 변화시킨다. 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 각각 망간이 도핑된 강유전체를 포함한다.
Description
본 발명은 암 치료 장치에 관한 것이다.
현재 일반적인 암 치료방법은 물리적 제거수술, 화학적 치료요법, 방사선 치료요법이 주로 사용되고 있다. 그러나 현재 사용되는 암 치료 방법들은 정상적인 조직도 손상시킬 수 있어 이로 인한 환자의 극심한 고통 증가, 입원 또는 통원 치료의 불편함 및 고가의 비용지출로 인하여 암 환자의 삶의 질을 떨어지게 하는 문제점을 가지고 있다. 따라서 암 치료 효율을 높이고 암 환자의 삶의 질을 높이는 치료 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
본 발명의 일 기술적 과제는 효과적으로 암 세포의 세포분열을 억제하는 암 치료 장치의 구조를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 암 치료 장치는 신호 발생기, 상기 신호 발생기와 전기적으로 연결되고, 암 세포가 있는 타겟 영역을 사이에 두고 서로 마주하는 제 1 전극 및 제 2 전극, 및 상기 신호 발생기와 전기적으로 연결되고, 상기 타겟 영역과 인접하게 배치되는 온도 센서를 포함하되, 상기 신호 발생기는 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 교류 전압을 인가하여 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전기장을 발생시키고, 상기 신호 발생기는 상기 온도 센서로부터 감지된 온도를 기초로 상기 전기장의 세기를 변화시키고, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 각각 망간이 도핑된 강유전체를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 강유전체는 단결정의 PMN-PT(Pb(MxNby)O3-PbTiO3)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 강유전체의 표면 상에 귀금속(noble metal)이 코팅될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 각각 원판 모양 또는 접시 모양을 가질 수 있다.
상기 망간은 0.1wt 이상 10wt% 이하로 상기 강유전체에 도핑될 수 있다.
상기 신호 발생기는 파형 생성부를 포함하고, 상기 파형 생성부는 단일 칩 형태의 DDS(direct digital synthesizer) 신호 생성 모듈일 수 있다.
상기 전기장의 파형의 주파수 범위는 10kHz 내지 500kHz일 수 있다.
일부 실시예들에 따른 암 치료 장치는 신호 발생기, 상기 신호 발생기와 전기적으로 연결되고, 암 세포 및 나노 입자 프로브가 있는 타겟 영역을 사이에 두고 서로 마주하는 제 1 전극 및 제 2 전극, 및 상기 신호 발생기와 전기적으로 연결되고, 상기 타겟 영역과 인접하게 배치되는 온도 센서를 포함하되, 상기 신호 발생기는 상기 타겟 영역으로 나노 입자 프로브의 배향을 변화시키는 제1 전기장을 발생시키도록 구성되고, 상기 신호 발생기는 상기 온도 센서로부터 감지된 온도를 기초로 상기 전기장의 세기를 변화시키도록 구성되고, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극의 각각은 망간이 도핑된 강유전체를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 나노 입자 프로브는 강유전체 입자, 상기 강유전체 입자에 코팅된 부동화 막, 및 상기 부동화 막에 부착된 복수개의 바이오 마커들을 포함하고, 상기 바이오 마커들은 상기 암 세포를 타겟팅할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 강유전체 입자는 0 nm 초과 50 nm 이하의 직경을 가지고, 상기 강유전체 입자는 BaTiO3, 및 SrTiO3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 신호 발생기는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 전기장을 제2 전기장으로 변환하게끔 구성되고, 상기 제2 전기장은 상기 제1 전기장과 주파수가 다를 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 전기장은 상기 암 세포의 세포 분열을 억제하고, 상기 나노 입자 프로브의 배향 변화를 일으키지 않을 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 강유전체는 단결정의 PMN-PT(Pb(MxNby)O3-PbTiO3)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 타겟 영역을 사이에 두고 서로 마주하는 제3 전극 및 제4 전극을 더 포함하고,상기 신호 발생기는 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 제2 교류전압을 인가하여 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 사이에 제2 전기장을 발생시키는 암 치료 장치.
상기 제3, 및 제4 전극의 각각은 망간이 도핑된 단결정의 강유전체를 포함하는 암 치료 장치.
일부 실시예들에 따르면, 상기 강유전체는 PMN-PT(Pb(MxNby)O3-PbTiO3)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 제1 전기장의 파형 및 상기 제2 전기장의 파형의 주파수는 서로 다를 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 제2 전기장은 암 세포의 세포 분열을 억제하고, 상기 나노 입자 프로브의 배향은 변화시키지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 암 치료 장치는 망간이 도핑된 단결정 구조의 강유전체를 포함하는 한 쌍의 전극을 포함하고 있고, 이들 사이의 전자기장에 의해서 효과적으로 암 세포의 세포 분열을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 암 치료 장치의 개념도이다.
도 2 및 도 3은 일부 실시예들에 따른 한쌍의 한 쌍의 전극 및 타겟 영역을 나타내는 개념도들이다.
도 4는 도 2의 I-I'의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 암 치료 장치의 적용예들을 나타낸 도면이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른 암 치료 장치의 개념도이다.
도 7은 도 6의 aa의 확대도이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른 암 치료 장치의 개념도이다.
도 9은 비교예들 및 실험예에 따른 폐암 세포의 상대적 수를 나타낸 그림들이다.
도 10은 비교예들 및 실험예에 따른 남아있는 폐암 세포의 상대적 수를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 3은 일부 실시예들에 따른 한쌍의 한 쌍의 전극 및 타겟 영역을 나타내는 개념도들이다.
도 4는 도 2의 I-I'의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 암 치료 장치의 적용예들을 나타낸 도면이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른 암 치료 장치의 개념도이다.
도 7은 도 6의 aa의 확대도이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른 암 치료 장치의 개념도이다.
도 9은 비교예들 및 실험예에 따른 폐암 세포의 상대적 수를 나타낸 그림들이다.
도 10은 비교예들 및 실험예에 따른 남아있는 폐암 세포의 상대적 수를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 암 치료 장치의 개념도이다. 도 2 및 도 3은 일부 실시예들에 따른 한 쌍의 전극 및 타겟 영역을 나타내는 개념도들이다. 도 4는 도 2의 I-I'의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 암 치료 장치(1000)는 신호 발생기(100), 제1 전극(201), 제2 전극(202) 및 온도 센서(300)를 포함할 수 있다.
신호 발생기(100)는 파형 생성부(101), 제어부(102) 및 전원부(103)를 포함할 수 있다.
파형 생성부(101)는 생성되는 신호의 기초가 되는 파형을 생성할 수 있다. 파형 생성부(101)는 일 예로, 단일 칩 형태의 DDS(Direct-Digital Synchronizer) 파형 생성 모듈일 수 있다. 생성되는 파형은 사인파, 삼각파, 또는 구형파 중 어느 하나일 수 있다.
제어부(102)는 파형 생성부(101), 온도 센서(200) 및 전원부(103)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(102)는 파형 생성부(101)로부터 전달받은 파형의 진폭 및 주파수 등을 결정할 수 있다. 파형의 주파수 범위는 10kHz 내지 500kHz로 결정될 수 있다. 파형의 진폭은 0 초과 내지 100V/cm 이하로 결정될 수 있다. 파형의 진폭은 0 초과 내지 4V/cm 이하로 결정되는 것이 바람직할 수 있다. 제어부(102)는 일 예로 비례-적분-미분(proportional-integral-derivative, PID) 제어 모듈일 수 있다.
일차적으로 제어부(102)는 파형 생성부(101)로부터 전달받은 파형의 정보를 전원부(103)에 전달할 수 있다.
또한, 제어부(102)는 전달받은 파형을 변형시켜서, 전원부(103)에 전달할 수 있다. 제어부(102)는 필터(fitter)를 포함하고, 파형은 필터를 거침으로써, 다른 진폭 및/또는 주파수의 정보를 가진 파형으로 변형될 수 있다. 일 예로 제어부(102)는 RC low pass filter를 포함함으로서, 고주파 성분을 감소시킬 수 있다. 제어부(102)는 온도 센서(200)로부터 피드백을 받아서 환부(타겟 영역)(400)의 온도가 설정 온도가 넘지 않게끔 파형을 조절할 수 있다.
전원부(103)는 교류 전원일 수 있다. 전원부(103)는 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(102)는 전원부(103)를 통하여 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)에 교류 전압을 인가할 수 있다. 제어부(102)에 의해 전류는 0 초과 20mA 이하로 조절될 수 있다.
도 1, 도 2, 및 도 3 에서, 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 환부(400)를 사이에 두고 서로 이격되게 배치될 수 있다. 환부(400)는 암 세포들(TC)들이 존재하는 영역일 수 있다. 환부(400)에는 정상세포들(NC) 또한 존재할 수 있다. 환부(400)는 일 예로 암 세포(TC)가 존재하는 뇌, 유방, 폐 등 어느 하나의 영역에 해당할 수 있다.
제1 전극(201)의 적어도 일부 및 제2 전극(202)의 적어도 일부는 서로 마주할 수 있다. 도 2 와 같이 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 원판의 형상을 가질 수 있다. 또는 도 3와 같이 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 접시의 형상을 가질 수 있다.
도 2 및 도 4에서, 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 각각 망간(Mn)이 도핑된 단결정(single crystal)의 강유전체(ferroelectric)층(210)을 포함할 수 있다. 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 PMN-PT(Pb(MxNby)O3-PbTiO3), PMN-PZT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O₃-PbZrO₃-PbTiO₃), BaTiO3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 망간이 도핑된 단결정의 강유전체 층(210) 내의 망간의 질량비는 0.1wt% 이상 10 wt% 이하일 수 있다. 일 예로 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 5wt%의 앙간으로 도핑된 단결정의 PMN-PT을 포함할 수 있다. 망간이 도핑된 강유전체 층(210)의 표면에는 귀금속(noble metal) 층(220)이 얇게 코팅될 수 있다. 귀금속 층(220)은 금, 은 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면 귀금속 층(220)은 생략될 수도 있다.
세포의 분열은 쌍극자 모멘트를 지닌 미세소관(microtubules)들이 전기적 힘에 의해 서로 결합하여 방추사(spindle)를 형성하고, 생성된 방추사가 세포 중앙에 배열된 염색체를 양쪽으로 잡아당겨 세포분열이 이루어진다. 만약, 이러한 세포분열을 암 세포에서 방해시킨다면 암 세포의 세포분열 억제를 통한 암의 치료가 가능하다.
도 2 및 도 3에서, 제1 전극(201) 및 제2 전극(202) 사이에는 교류 전압에 의해서 전기장(EF)이 형성될 수 있다. 전기장(EF)의 방향은 교류 전압의 진폭 및 진동수에 따라서 계속적으로 변화할 수 있다.
전기장(EF)에 의해서 암 세포(TC)의 세포 분열이 억제될 수 있다. 전기장(EF)은 암 세포의 세포 기능에 영향을 주는 주파수를 가질 수 있다. 전기장(EF)의 주파수는 암 세포의 세포 분열 주기를 타겟팅 할 수 있다.
일 예로, 암 세포(TC) 분열의 중기 과정에서 쌍극자 모멘트를 지닌 방추사 내의 미세소관(microtubules)들의 배향이 변형되어 방추사(spindle)들 중 적어도 일부가 파괴될 수 있다. 방추사들이 파괴됨으로서, 방추사들은 염색체들과 연결되지 않을 수 있다.
다른 일 예로, 암 세포 분열 과정 중 말기에는 분열구(Cleaverage furrow)가 형성될 수 있다. 마주하는 두 개의 분열구들을 사이에 두고 예비 제1 딸세포 예비 제2 딸세포 내에는 극성의 세포 물질들이 존재할 수 있다. 전기장(EF)에 의해서 극성의 세포 물질들 중 적어도 일부가 두 개의 분열구들 사이로 이동할 수 있다. 이 경우 분열구들 사이의 암 세포의 수축이 방지되어 두 개의 딸 세포로 분열되는 것이 방지될 수 있다.
강유전체를 포함하는 전극들에 교류 전압을 인가하는 경우, 이들 사이의 전기장이 발생하여 암 세포의 세포 분열이 억제될 수 있다. 도전 전극을 사용하는 경우에는 높은 교류 전압이 인가되는 경우에 화상을 입을 정도로, 온도가 상승할 수 있다. 강유전체를 포함하는 전극들의 경우에는 이러한 고온의 온도 상승 없이도 전기장에 의한 치료가 가능할 수 있다. 특히 본 발명의 개념에 따른 암 치료 장치(1000)는 망간이 도핑된 단결정의 PMN-PT를 포함하는 전극을 포함함으로써, 암 세포 제거 효율이 증진되고 소모 전력이 10% 이상 감소될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 온도 센서(300)는 환부(400) 상의 피부의 온도를 측정하여, 제어부(102)에 온도 정보를 제공할 수 있다. 온도 센서(300)는 환부(400)의 온도가 일정하게 유지되도록 또는 화상을 방지하기 위해 환부(400)의 온도가 일정 온도 이상 올라가지 않도록 제어부102) 및 전원부(103)를 통해서 전기장(EF)의 세기 등을 조절 할 수 있다. 온도 센서(300)는 NTC(negative temperature coefficient) 써미스터 방식일수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 암 치료 장치(1000)는, 망간이 도핑된 단결정 구조의 강유전체를 포함하는 한 쌍의 전극을 포함하고 있고, 전극 사이에 전기장을 형성하여, 효과적으로 암 세포의 세포 분열을 억제할 수 있다. 이로써 정상세포의 피해를 더욱 줄일 수 있을 뿐만 아니라 치료시간도 획기적으로 줄일 수 있다. 이로써 궁극적으로는 환자들의 삶의 질을 높일 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 암 치료 장치의 적용예들을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 암 치료 장치(1000)는 웨어러블(werablae) 형태의 암 치료 장치(1000a, 1000b, 1000c)일 수 있다. 웨어러블 형태의 암 치료 장치(1000a, 1000b, 1000c)는 인체의 환부(ex: 머리, 가슴, 팔 등) 또는 동물의 환부에 탈착이 자유로운 형태로 제공될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 환부를 사이에 두고 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 서로 이격할 수 있고, 환부 내로 전기장을 가할 수 있다.
도 6은 일부 실시예들에 따른 암 치료 장치의 개념도이다. 도 7은 도 6의 aa의 확대도이다. 이하에서 설명하는 것들을 제외하면, 도 1 내지 도 4를 통하여 설명한 것들과 중복되는 것들은 생략한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 암 세포들(TC) 주변 및/또는 암 세포들(TC) 내에는 복수개의 나노 입자 프로브들(NP)이 주입될 수 있다. 나노 입자 프로브들(NP)은 섭식행위 또는 주사(injection)행위를 통해서 신체 내부로 진입하여, 환부(400)로 이동할 수 있다. 나노 입자 프로브들(NP) 각각은 강유전체 입자(FE)) 및 복수개의 바이오 마커들(BM)을 포함할 수 있다. 필요에 따라 나노 입자 프로브들(NP) 각각은 부동화 막(CP)을 더 포함할 수도 있다.
강유전체 입자(FE)는 0nm 초과 200nm 이하의 직경을 가지는 구 형태일 수 있다. 강유전체 입자(FE)의 직경은 강유전체의 특성이 유지되는 한 작을수록 효과적일 수 있다. 강유전체 입자는 BaTiO3, SrTiO3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
바이오 마커들(BM)은 강유전체 입자(FE)에 부착될 수 있다. 나노 입자 프로브(NP)는 바이오 마커들(BM)을 통하여 암 세포(TC) 표면의 수용기(receptor)(RC)와 결합할 수 있다.
암 세포(TC)의 수용기(RC)와 결합한 나노 입자 프로브(NP)는 이 상태로 유지되거나, 암 세포(TC)의 대식작용에 의해서 암 세포(TC) 내부로 들어올 수도 있다.
부동화 막(CP)은 강유전체 입자(FE)의 표면을 덮을 수 있다. 부동화 막(CP)은 나노 입자 프로브(NP)의 비특이적 결합 반응을 예방할 수 있다. 부동화 막(CP)은 일 예로 FBS(Fetal Bovine Serum)를 포함할 수 있다.
나노 입자 프로브(NP)에 제1 전기장(EF1)이 가해질 수 있다. 제1 전기장(EF1)은 앞서 설명한 도 1 내지 도 3의 전기장(EF)과 주파수가 다를 수 있다. 일부 실시예들에 따르면, 추가적으로 제1 전기장(EF1)은 전기장(EF)과 진폭이 다를 수 있다. 제1 전기장(EF1)의 주파수는 전기장(EF)의 주파수보다 작을 수 있다. 제1 전기장(EF1)은 선택적으로 나노 입자 프로브(NP)의 배향을 변화시킬 수 있다. 제1 전기장(EF1)은 전기장(EF)과 달리 암 세포(TC) 자체의 세포 기능에 영향을 주지 않을 수 있다.
나노 입자 프로브(NP)에 제1 전기장(EF1)이 인가되는 경우, 강유전체 입자(FE)는 전기력을 받을 수 있다. 그 결과, 나노 입자 프로브(NP)의 배향이 변화할 수 있다. 본 명세서에서 말하는 배향의 변화(F)는 나노 입자 프로브(NP)의 진동 및, 회전, 이동 등을 모두 포함할 수 있다. 나노 입자 프로브(NP)의 배향이 변화함으로써, 암 세포(TC)의 세포 분열이 억제될 수 있다.
일 예로, 암 세포(TC) 분열의 중기 과정에서 분극된 나노 입자 프로브(NP)는 방추사 내의 미세소관(microtubules)과 전기적 인력에 의해서 인접하게 이동될 수 있다. 나노 입자 프로브(NP)는 암 세포의 세포질 내에 위치할 수 있다. 나노 입자 프로브(NP)는 제1 전기장(EF1)에 의해 발현되는 전기적 특성에 의해 암 세포(TC)에 영향을 줄 수 있다. 일 예로 나노 입자 프로브(NP) 주위의 전기장에 의해서 상기 염색체들의 적어도 일부는 상기 중심체들과 결합하지 않을 수 있다. 또한 나노 입자 프로브들(NP)의 입체 장애(steric hindrance)로 인하여 중심체들으로부터 연장되는 방추사들은 염색체들과 연결되지 않을 수 있다. 나노 입자 프로브들(NP)의 진동 또는 회전 등에 의해서 방추사들은 염색체들과 연결되지 않을 수 있다.
다른 일 예로, 암 세포 분열 과정 중 말기에는 분열구(Cleaverage furrow)가 형성될 수 있다. 제1 전기장(EF1)에 의해서 나노 입자 프로브들(NP)은 이동할 수 있고, 나노 입자 프로브들(NP)의 적어도 일부는 두 개의 분열구들 사이로 이동할 수 있다. 분열구들 사이의 암 세포의 수축이 방지되어 두 개의 딸세포로 분열되는 것이 방지될 수 있다.
제어부(102)는 제1 전기장(EF1)을 제2 전기장(미도시)으로 변형시킬 수 있다. 제2 전기장은 도 1 내지 도 3을 통하여 설명한 전기장(EF)과 동일할 수 있다. 즉, 제2 전기장은 암 세포들(CT)의 세포 분열 주기를 타겟팅하여 암 세포들(CT)의 기능에 영향을 줄 수 있고, 나노 입자 프로브들(NP)의 배향은 변화시키지 않을 수 있다. 제1 전기장(EF1)뿐만 아니라 제2 전기장을 환부(400)에 인가하여 암 세포의 분열을 억제할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제1 전기장(EF1) 및 제2 전기장은 동일한 주파수를 가질 수 있다. 이 경우 나노 입자 프로브(NP)는 제2 전기장에 의해서도 배향이 변화되게끔 구성될 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 암 치료 장치(2000)는 나노 입자 프로브(NP)를 사용하고, 두 가지 이상의 전기장(제1 전기장 및 제2 전기장)을 사용함으로써, 암 치료 효과를 더 높일 수 있다. 특히 이러한 암 치료 효과는 암 치료 장치(2000)가 망간이 도핑된 단결정 PMN-PT 가 포함된 전극들(201, 202)을 포함함으로써 극대화 될 수 있다.
도 8은 일부 실시예들에 따른 암 치료 장치를 나타내는 개념도이다. 이하에서 설명하는 것들을 제외하면 도 1 및 도 6을 통하여 상세하게 설명하였으므로 생략한다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 암 치료 장치(3000)는 신호 발생기(100), 제1 전극(201), 제2 전극(202), 제3 전극(203), 제4 전극(204) 및 온도 센서(300)를 포함할 수 있다. 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)은 환부(400)를 사이에 두고 마주하게 배치될 수 있다. 제3 전극(203) 및 제4 전극(204)은 환부(400)를 사이에 두고 마주하게 배치될 수 있다. 다른 실시예에 따르면 제3 전극(203) 및 제4 전극(204) 중 어느 하나는 생략될 수 있다.
제1 전극 내지 제4 전극들(201, 202, 203, 204)은 도 2 및 도 3과 같이, 원판의 형상 또는 접시의 형상을 가질 수 있다. 제1 전극 내지 제4 전극들(201, 202, 203, 204)은 도 4와 같이, 망간(Mn)이 도핑된 단결정(single crystal)의 강유전체(ferroelectric)층(210)을 포함할 수 있다. 제1 전극 내지 제4 전극들(201, 202, 203, 204)은 PMN-PT(Pb(MxNby)O3-PbTiO3), PMN-PZT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O₃-PbZrO₃-PbTiO₃), BaTiO3 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 예로 제1 전극 내지 제4 전극들(201, 202, 203, 204)은 5wt%의 앙간으로 도핑된 단결정의 PMN-PT을 포함할 수 있다. 도 4와 같이, 망간이 도핑된 강유전체 층(210)의 표면에는 귀금속(noble metal) 층(220)이 얇게 코팅될 수 있다. 귀금속 층(220)은 금, 은 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 따르면 귀금속 층(220)은 생략될 수도 있다.
제1 전극(201) 및 제2 전극(202) 사이에는 제1 전기장(EF1)이 발생할 수 있다. 제3 전극(200c) 및 제4 전극(200d) 사이에는 제2 전기장(EF2)이 발생할 수 있다. 제1 전기장(EF1) 및 제2 전기장(EF2)은 개별적으로 발생할 수 있다. 제1 전기장(EF1) 및 제2 전기장(EF2)은 동시에 환부(400)에 인가될 수도 있고, 교대로 환부(400)에 인가될 수도 있다.
일 예로, 제1 전기장(EF1) 및 제2 전기장(EF2)가 교대로 환부(400)에 인가되는 경우에 더 균일한 전기장이 가해질 수 있고, 나노 입자 프로브(NP)를 통한 암 세포의 세포 분열 억제 효과가 클 수 있다.
제1 전기장(EF1) 및 제2 전기장(EF2)의 주파수는 서로 다를 수 있다. 제1 전기장(E1)은 나노 입자 프로브(NP)의 배향을 변화하게끔 하는 특정 주파수를 가질 수 있다. 제1 전기장(EF1)의 주파수는 10KHz 내지 500KHz의 범위를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 전기장(EF1)에 의해서 나노 입자 프로브(NP)는 세포 분열 과정에서 방추사를 통한 중심체 및 염색체의 연결 방지, 딸 세포들의 생성 방지로 인하여 암 세포(TC)의 세포 분열을 억제할 수 있다.
제2 전기장(EF2)은 암 세포(TC)의 극성 물질들의 배향을 변화시키게끔 하는 특정 주파수를 가질 수 있다. 제2 전기장(EF2)의 주파수는 10KHz 내지 500KHz의 범위를 포함할 수 있다.
제2 전기장(EF2)에 의해서 암 세포(TC) 분열의 중기 과정에서, 미세소관들의 배향으로 인해서 방추사가 파괴될 수 있다. 제2 전기장(EF2)에 의해서 극성 세포 물질들의 분열구들 사이로의 이동으로 인해 두개의 딸 세포로 분리되지 않을 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제1 전기장(EF1) 및 제2 전기장(EF1)은 동일한 주파수를 가질 수 있다. 이 경우 나노 입자 프로브(NP)는 제2 전기장(EF2)에 의해서도 배향이 변화되게끔 구성될 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 암 치료 장치(3000)는 동시에 제1 전기장(EF1)을 및 제2 전기장(EF2)을 인가함으로써, 암 세포의 분열을 효과적으로 억제할 수 있다. 특히 이러한 암 치료 효과는 암 치료 장치(1100)가 망간이 도핑된 단결정 PMN-PT 가 포함된 전극들(201, 202)을 포함함으로써 극대화 될 수 있다.
도 9은 비교예들 및 실험예에 따른 폐암 세포의 상대적 수를 나타낸 그림들이다. 도 10은 비교예들 및 실험예에 따른 남아있는 폐암 세포의 상대적 수를 나타낸 그래프이다.
(비교예 1)
BT-549 유방암 세포주(breast cancer cell line)는 American Type Culture Collection(ATCC; Manassas, VA)로부터 구입하여 준비하였다. BT-549 세포는 RPMI(corning)에서 배양하였다. BT-549 세포에 10% FBS, 및 1% 페니실린/스트렙토 마이신을 보충하였다. BT-549 세포는 가습된 5%의 CO2 배양기에서 37℃로 유지되었다.
BT-549 세포는 22 mm 플라스틱 커버 슬립(Thermo Fisher Scientific, MA, USA)에서 24시간동안 유지하였다. 이후 커버 슬립은 오토 클레이브 집게(autoclaved forceps)를 사용하여, 세라믹 이노 비트로 접시 (NovoCure, Haifa, Israel) 로 이동되었다.
(비교예 2)
비교예 1과 동일한 조건으로 암 세포가 배양된 접시를 준비하였다. 시중 TFT(tumor treatment filed) 기기를 사용하여, 19
의 온도에서 72시간동안 150kHz의 주파수의 전류를 인가하였다.
(비교예 3)
비교예 1과 동일한 조건으로 암 세포가 배양된 접시를 준비하였다. 전기장이 인가되는 전극을 단결정의 PMN-PT으로 교체하였고, 19
의 온도에서 72시간동안 150kHz의 주파수의 전류를 인가하였다.
(실험예)
비교예 1과 동일한 조건으로 암 세포가 배양된 접시를 준비하였다. 전기장이 인가되는 전극을 망간이 5wt% 도핑된 단결정의 PMN-PT으로 교체하였고, 19
의 온도에서 72시간동안 150kHz의 주파수의 전류를 인가하였다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 전기장을 가해준 경우의 비교예 2, 비교예 3 및 실험예 모두 전기장을 가해주지 않은 경우의 비교예 1보다 더 암 세포 수가 감소하였다. 특히 망간이 도핑된 단결정의 PMN-PT의 전극을 사용한 실험예가 가장 적은 암 세포수가 남아있음을 확인하였다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
201: 제1 전극
202: 제2 전극
300: 온도 센서
400: 환부
NC: 정상 세포
TC: 암 세포
202: 제2 전극
300: 온도 센서
400: 환부
NC: 정상 세포
TC: 암 세포
Claims (16)
- 신호 발생기;
상기 신호 발생기와 전기적으로 연결되고, 암 세포가 있는 타겟 영역을 사이에 두고 서로 마주하는 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
상기 신호 발생기와 전기적으로 연결되고, 상기 타겟 영역과 인접하게 배치되는 온도 센서를 포함하되,
상기 신호 발생기는 상기 제 1 전극과 제 2 전극에 교류 전압을 인가하여 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전기장을 발생시키고,
상기 신호 발생기는 상기 온도 센서로부터 감지된 온도를 기초로 상기 전기장의 세기를 변화시키고,
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 각각은 망간이 도핑된 강유전체를 포함하는 암 치료 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 강유전체는 단결정의 PMN-PT(Pb(MxNby)O3-PbTiO3)을 포함하는 암 치료 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 강유전체의 표면 상에 귀금속(noble metal)이 코팅된 암 치료 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 각각 원판 모양 또는 접시 모양을 가지는 암 치료 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 망간은 0.1wt 이상 10wt% 이하로 도핑되는 것을 특징으로 하는 암 치료 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 신호 발생기는 파형 생성부를 포함하고,
상기 파형 생성부는 단일 칩 형태의 DDS(direct digital synthesizer) 신호 생성 모듈인 암 치료 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 전기장의 파형의 주파수 범위는 10kHz 내지 500kHz인 것을 특징으로 하는 암 치료 장치.
- 신호 발생기;
상기 신호 발생기와 전기적으로 연결되고, 암 세포 및 나노 입자 프로브가 있는 타겟 영역을 사이에 두고 서로 마주하는 제 1 전극 및 제 2 전극; 및
상기 신호 발생기와 전기적으로 연결되고, 상기 타겟 영역과 인접하게 배치되는 온도 센서를 포함하되,
상기 신호 발생기는 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극에 교류 전압을 인가하여 상기 타겟 영역으로 나노 입자 프로브의 배향을 변화시키는 제1 전기장을 발생시키도록 구성되고,
상기 신호 발생기는 상기 온도 센서로부터 감지된 온도를 기초로 상기 전기장의 세기를 변화시키도록 구성되고,
상기 제 1 전극 및 제 2 전극의 각각은 망간이 도핑된 강유전체를 포함하는 암 치료 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 나노 입자 프로브는:
강유전체 입자;
상기 강유전체 입자에 코팅된 부동화 막; 및
상기 부동화 막에 부착된 복수개의 바이오 마커들을 포함하고,
상기 바이오 마커들은 상기 암 세포를 타겟팅하는 암 치료 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 강유전체 입자는 0 nm 초과 50 nm 이하의 직경을 가지고,
상기 강유전체 입자는 BaTiO3, 및 SrTiO3 중 적어도 어느 하나를 포함하는 암 치료 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 신호 발생기는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1 전기장을 제2 전기장으로 변환하게끔 구성되고,
상기 제2 전기장은 상기 제1 전기장과 주파수가 다른 암 치료 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 제2 전기장은 상기 암 세포의 세포 분열을 억제하고, 상기 나노 입자 프로브의 배향 변화를 일으키지 않는 암 치료 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 타겟 영역을 사이에 두고 서로 마주하는 제3 전극 및 제4 전극을 더 포함하고,
상기 신호 발생기는 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 제2 교류전압을 인가하여 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 사이에 제2 전기장을 발생시키고,
상기 제3 전극 및 제4 전극의 각각은 망간이 도핑된 단결정의 강유전체를 포함하는 암 치료 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 강유전체는 PMN-PT(Pb(MxNby)O3-PbTiO3)을 포함하는 암 치료 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 제1 전기장의 파형 및 상기 제2 전기장의 파형의 주파수는 서로 다른 암 치료 장치.
- 제13항에 있어서,
상기 제2 전기장은 암 세포의 세포 분열을 억제하고, 상기 나노 입자 프로브의 배향은 변화시키지 않는 암 치료 장치.
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| KR1020200039623A KR102644003B1 (ko) | 2020-04-01 | 2020-04-01 | 암 치료 장치 |
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