KR20210148718A - 생체 내에서 항암 물질을 생성하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
생체에 주입되어 항암 물질을 생성하는 장치가 개시된다. 개시된 장치는 외부 신호를 전달받아 상기 외부 신호를 전기 에너지로 변환하는 전기 에너지 변환 모듈, 상기 전기 에너지 변환 모듈에서 변환된 전기 에너지를 이용하여 상기 생체 내부의 체액에 전기분해를 일으키는 적어도 하나의 전극 쌍 및 상기 전기 에너지 변환 모듈에서 변환된 전기 에너지를 이용하여 상기 전기분해에 의한 부산물에 광을 조사하는 광 조사 모듈을 포함한다.
Description
이하의 설명은, 생체 내에서 항암 물질을 생성하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 생체 내부에 소형 장치를 주입하고, 외부에서 발생시키는 초음파 신호를 이용하여 소형 장치를 구동시킴으로써 생체 내부에서 전기분해 반응을 일으켜 항암 물질을 생성하는 기술에 관한 것이다.
암은 아직까지도 정복되지 않는 대표적인 질병이다. 암을 치료하기 위한 방법으로 항암제를 사용하는 방법이 있다. 하지만, 대부분의 항암제는 암세포뿐만 아니라 정상 세포에도 부작용을 끼친다. 대표적인 부작용으로 탈모, 오심, 구토, 신장기능장애, 이명, 청력손실 등이 있다.
항암제의 부작용을 최소화하기 위해서 항암제를 암세포가 존재하는 영역에 국소적으로 투여하려는 연구가 진행되어 왔다. 그 시도 중 하나로 펌프를 삽입하여 국소적으로 항암제를 전달하는 방법이 있으나 펌프의 크기가 크기 때문에 이 또한 환자에게 큰 고통을 동반한다.
또한, 소형 장치를 투입하고자 해도 장치에 필요한 배터리 등 부품을 소형화 하는데 한계가 있으며, 장치가 합성해내는 항암제의 양이 부족해 그 성능이 떨어지는 문제가 있다.
적어도 하나의 실시 예에 따르면, 생체 내부에 소형 장치를 주입하고, 외부에서 발생시키는 초음파 신호를 이용하여 소형 장치를 구동시킴으로써 생체 내부에서 전기분해 반응을 일으켜 항암 물질을 생성하는 방법 및 장치가 개시된다.
생체에 주입되어 항암 물질을 생성하는 장치가 개시된다. 개시된 장치는 외부 신호를 전달받아 상기 외부 신호를 전기 에너지로 변환하는 전기 에너지 변환 모듈; 상기 전기 에너지 변환 모듈에서 변환된 전기 에너지를 이용하여 상기 생체 내부의 체액에 전기분해를 일으키는 적어도 하나의 전극 쌍; 및 상기 전기 에너지 변환 모듈에서 변환된 전기 에너지를 이용하여 상기 전기분해에 의한 부산물에 광을 조사하는 광 조사 모듈을 포함한다.
상기 전기 에너지 변환 모듈은 상기 생체의 외부에서 발생된 초음파 신호를 수신하여, 상기 초음파 신호를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
상기 전기 에너지 변환 모듈은 상기 초음파 신호를 수신하기 위한 압전 소자를 포함할 수 있다.
상기 전극 쌍은 백금을 포함하며, 상기 전극 쌍 중 적어도 일부분은 상기 전기분해 과정에서 백금 양이온을 발생시키며, 상기 항암 물질은 백금 계열의 항암 물질일 수 있다.
상기 장치는 상기 전기 에너지 변환 모듈에서 생성된 전류를 일방향 전류로 변환하여 상기 전극 쌍에게 제공하는 정류 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 광 조사 모듈은 자외선(ultraviolet) 광을 조사할 수 있다.
상기 광 조사 모듈은 상기 전기분해에 의한 부산물에 자외선 광을 조사함으로써 상기 부산물과 상기 생체의 체액에 포함된 이온의 화학 반응을 유도할 수 있다.
상기 전기분해에 의한 부산물은 백금양이온을 포함할 수 있다. 백금양이온은 Pt(II) 및 Pt(IV) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 백금양이온과 상기 생체의 체액에 포함된 이온의 화학 반응에 의해 생성되는 상기 항암 물질은 시스플라틴(cisplatin)을 포함할 수 있다.
다른 측면에 있어서, 생체 내에서 항암 물질을 생성하는 장치가 개시된다. 개시된 장치는 상기 생체 외부에서 에너지 전달 신호를 발생시키는 신호 발생부; 및 상기 생체 내부에 주입되어 상기 신호 발생 모듈로부터 수신한 상기 에너지 전달 신호를 이용하여 항암 물질을 생성하는 항암 물질 생성부;를 포함한다.
상기 항암 물질 생성부는, 외부 신호를 전달받아 상기 외부 신호를 전기 에너지로 변환하는 전기 에너지 변환모듈; 상기 전기 에너지 변환 모듈에서 변환된 전기 에너지를 이용하여 상기 생체 내부의 체액에 전기분해를 일으키는 적어도 하나의 전극 쌍; 및 상기 전기 에너지 변환 모듈에서 변환된 전기 에너지를 이용하여 상기 전기분해에 의한 부산물에 광을 조사하는 광 조사 모듈을 포함한다.
상기 신호 발생부는 초음파 신호를 발생시키고, 상기 전기 에너지 변환 모듈은 상기 생체의 외부에서 발생된 초음파 신호를 수신하여, 상기 초음파 신호를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
상기 전기 에너지 변환 모듈은 상기 초음파 신호를 수신하기 위한 압전 소자를 포함할 수 있다.
상기 전극 쌍은 백금을 포함하며, 상기 전극 쌍 중 적어도 일부분은 상기 전기분해 과정에서 백금 양이온을 발생시키며, 상기 항암 물질은 백금 계열의 항암 물질일 수 있다.
상기 항암 물질 생성부는 전기 에너지 변환 모듈에서 생성된 전류를 일방향 전류로 변환하여 상기 전극 쌍에게 제공하는 정류 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 광 조사 모듈은 자외선(ultraviolet) 광을 조사할 수 있다.
상기 광 조사 모듈은 상기 전기분해에 의한 부산물에 자외선 광을 조사함으로써 상기 부산물과 상기 생체의 체액에 포함된 이온성 물질의 화학 반응을 유도할 수 있다.
상기 전기분해에 의한 부산물은 백금양이온을 포함할 수 있다. 백금양이온은 Pt(II) 및 Pt(IV) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 백금양이온과 상기 생체의 체액에 포함된 이온성 물질의 화학 반응에 의해 생성되는 상기 항암 물질은 시스플라틴(cisplatin)을 포함할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 항암 물질 생성 장치를 이용하여 생체 내부에서 국소적으로 항암 물질을 생성하는 것을 나타낸 개념도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 항암 물질 생성부)의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 3은 항암 물질 생성부의 제조 과정의 제1 예시를 나타낸 개념도이다.
도 4는 항암 물질 생성부의 제조 과정의 제2 예시를 나타낸 개념도이다.
도 5는 항암 물질 생성부가 구동되는 것을 예시적으로 나타낸 개념도이다.
도 6은 항암 물질 생성 장치가 항암 물질을 생성하는 능력의 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 생체 외에서 배양된 암세포에 대한 항암 성능을 비교 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실험용 쥐로부터 탈체된 간 조직에 대한 항암 물질 생성 장치의 효과를 나타낸 도면이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 항암 물질 생성부)의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 3은 항암 물질 생성부의 제조 과정의 제1 예시를 나타낸 개념도이다.
도 4는 항암 물질 생성부의 제조 과정의 제2 예시를 나타낸 개념도이다.
도 5는 항암 물질 생성부가 구동되는 것을 예시적으로 나타낸 개념도이다.
도 6은 항암 물질 생성 장치가 항암 물질을 생성하는 능력의 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 생체 외에서 배양된 암세포에 대한 항암 성능을 비교 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실험용 쥐로부터 탈체된 간 조직에 대한 항암 물질 생성 장치의 효과를 나타낸 도면이다.
실시 예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시 예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 항암 물질 생성 장치를 이용하여 생체 내부에서 국소적으로 항암 물질을 생성하는 것을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 항암 물질 생성 장치는 신호 발생부(200) 및 항암 물질 생성부(100)를 포함할 수 있다.
신호 발생부(200)는 생체 외부에서 신호를 발생시킬 수 있다. 신호 발생부(200)는 신호를 발생시킴으로써 생체 내부에 위치한 항암 물질 생성부(100)에게 에너지를 전달할 수 있다. 예시적으로 신호 발생부(200)는 전자기파, 초음파 등의 무선 신호를 발생시킴으로써 항암 물질 생성부(100)에게 에너지를 전달할 수 있다.
신호 발생부(200)가 초음파 신호를 발생시킬 경우, 신호 발생부(200)는 생체 내부의 항암 물질 생성부(100)에게 보다 효과적으로 에너지를 전달할 수 있다. 신호 발생부(200)가 생성하는 무선 신호는 생체 조직을 투과하면서 그 강도가 약해질 수 있다. 그런데 신호 발생부(200)가 초음파 신호를 이용하여 에너지를 전달하면, 초음파 신호가 생체 조직을 투과하는 동안 신호의 감쇠량이 줄어들 수 있다. 예를 들어, 신호 발생부(200)가 광 신호 또는 전자기파 신호를 발생시키는 경우, 생체 조직에서 신호의 침투 깊이(penetration depth)가 작아 에너지의 전달 효율이 낮을 수 있다. 반면, 신호 발생부(200)가 초음파 신호를 발생시키는 경우, 생체 조직에서 신호의 침투 깊이가 커서 에너지의 전달 효율이 높아질 수 있다.
예시적으로, 신호 발생부(200)는 생체의 표면에 전달되는 신호의 단위 면적당 에너지가 750mW/cm2 이하가 되도록 할 수 있다. 이는 미국의 FDA 기준을 고려한 것이다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 극단적인 상황에서 신호 발생부(200)는 생체의 표면에 전달되는 신호의 단위 면적당 에너지가 750mW/cm2 이상이 되도록 할 수 있다.
신호 발생부(200)는 초음파 신호를 발생시킬 수 있다. 초음파 신호의 주파수는 대략 2.3 MHz 근처일 수 있으나 이는 예시적인 수치에 불과할 뿐, 초음파 신호의 주파수는 다른 수치 범위로 변경될 수 있다. 신호 발생부(200)는 내부에 시드 신호(seed signal)을 발생시키는 모듈, 시드 신호를 증폭시키는 증폭 모듈, 임피던스 매칭 회로, 압전 벌크 세라믹 등을 포함할 수 있다. 하지만, 이는 예시적인 것에 불과할 뿐 신호 발생부(200)는 초음파 신호를 발생시키기 위해 통상의 기술자가 용이하게 채용할 수 있는 구성들로 변경될 수 있다.
항암 물질 생성부(100)는 생체 내부에 주입될 수 있다. 항암 물질 생성부(100)는 생검 바늘(biopsy needle)을 통해 주입될 수 있다. 항암 물질 생성부(100)는 쌀알과 비슷한 크기를 가질 수 있다. 따라서, 항암 물질 생성부(100)는 생검 바늘을 통해 생체 내부에 주입되기 적합한 크기를 가질 수 있다.
항암 물질 생성부(100)는 생체 내부에 주입되어 암 세포 근처에 도달할 수 있다. 다른 예로 항암 물질 생성부(100)는 암 세포에 혈액을 공급하는 혈관에 주입될 수 있다. 일 예시로 항암 물질 생성부(100)는 도 1에서 나타낸 바와 같이 간 동맥에 주입될 수 있다. 항암 물질 생성부(100)는 국소적으로 항암 물질을 생성할 수 있다. 항암 물질 생성부(100)는 생체 외부에서 신호 발성부(200)가 발생시킨 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 항암 물질 생성부(100)는 초음파 신호를 수신할 수 있다. 항암 물질 생성부(100)는 수신한 초음파 신호를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 항암 물질 생성부(100)는 상기 전기 에너지를 이용하여 생체 내부에서 전기분해(electrolysis) 및 화학 반응을 일으킬 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 항암 물질 생성부(100)의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하면, 항암 물질 생성부(100)는 전기 에너지 변환 모듈(110), 전기 에너지 변환 모듈(110)로부터 전력을 공급 받아 광을 조사하는 광 조사 모듈(140), 전기 에너지 변환 모듈(110)로부터 전력을 공급 받아 일 방향 전류를 제공하는 정류 회로(120) 및 정류 회로(120)로부터 전류를 공급받아 전기분해를 수행하는 전극 쌍(130)을 포함할 수 있다.
전기 에너지 변환 모듈(110)은 신호 발생부(200)가 발생시키는 신호를 수신할 수 있다. 전기 에너지 변환 모듈(110)은 신호 발생부(200)의 신호를 수신하여 전기 에너지로 변환할 수 있다. 전기 에너지 변환 모듈(110)은 전류를 생성할 수 있다. 전기 에너지 변환 모듈(110)은 초음파를 수신하여 전기 에너지로 변환할 수 있다. 이를 위해 전기 에너지 변환 모듈(110)은 압전 소자를 포함할 수 있다.
정류 회로(120)는 전기 에너지 변환 모듈(110)로부터 전류를 입력 받아 일 방향 전류로 변환할 수 있다. 여기서, 일 방향 전류는 단방향으로 흐르는 전류로서 직류 전류를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 에너지 변환 모듈(110)은 초음파를 수신하여 교류 전류를 발생시킬 수 있다. 정류 회로(120)는 교류 전류를 입력 받아 직류 전류로 변환할 수 있다. 정류 회로(120)에서 출력된 직류 전류는 전극 쌍(130)에 전달될 수 있다.
전극 쌍(130)은 애노드(anode) 전극과 캐쏘드(cathode) 전극을 포함할 수 있다. 애노드(anode) 전극에서 금속이 산화될 수 있다. 전극 쌍(130)은 생체의 체액에서 전기분해 반응을 일으킬 수 있다. 전극 쌍(130)의 적어도 일부분은 백금을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 산화 반응에 의해 백금 양이온이 생체의 체액에 전달될 수 있다. 이 경우, 항암 물질 생성부(100)는 백금 계열의 항암 물질을 생성할 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 전극 쌍(130)의 적어도 일 부분은 다른 금속을 포함할 수 있다. 전기분해 과정에서 다른 금속 양이온이 생체의 체액으로 전달될 수도 있다. 전극 쌍(130)이 일으키는 전기분해 부산물은 항암제를 합성하기 위한 전구물질(precursor)이 될 수 있다.
광 조사 모듈(140)은 전기 에너지 변환 모듈(110)로부터 획득한 전기 에너지를 이용하여 전기분해 부산물에 광을 조사할 수 있다. 광 조사 모듈(140)은 전기 에너지 변환 모듈(110)과 직접적으로 연결될 수도 있고, 정류 회로(120)를 통해 전기 에너지 변환 모듈(110)과 연결될 수도 있다. 예시적으로, 광 조사 모듈(140)은 자외선(ultraviolet) 광을 조사할 수 있다. 광 조사 모듈(140)이 전기분해 부산물에 광을 조사하면 전기분해 부산물과 생체의 체액에 포함된 이온화 물질 사이의 화학 반응이 촉진될 수 있다. 상기 화학 반응에 의해 항암제가 합성될 수 있다.
도 3은 항암 물질 생성부(100)의 제조 과정의 제1 예시를 나타낸 개념도이다.
도 3을 참조하면, A 단계에서 기판 상에 전극 쌍(130)이 설치될 수 있다. 전극 쌍(130)은 백금 물질을 포함할 수 있다. B 단계에서 기판 상에 전기 에너지 변환 모듈(110)과 정류 회로(120)가 설치될 수 있다. 전기 에너지 변환 모듈(110)은 압전 소자를 포함할 수 있다. 전기 에너지 변환 모듈(110)은 초음파를 수신하여 전류를 생성할 수 있다. 정류 회로(120)는 전기 에너지 변환 모듈(110)에서 생성된 전류를 직류 전류로 변환하여 전극 쌍(130)에 전달할 수 있다. C 단계에서 광 조사 모듈(140)이 설치될 수 있다. 광 조사 모듈(140)은 자외선 광을 조사하는 LED(light emitting diode)를 포함할 수 있다. D 단계에서 광 조사 모듈(140)과 정류 회로(120)를 보호하기 위한 커버가 설치될 수 있다.
도 4는 항암 물질 생성부(100)의 제조 과정의 제2 예시를 나타낸 개념도이다.
도 4를 참조하면, E 단계에서 폴리이미드(polyimide) 기판이 마련될 수 있다. F 단계에서 기판 상에 정류 회로(120) 및 전기 에너지 변환 모듈(110)가 설치될 수 있다. G 단계에서 전극 쌍(130)이 설치될 수 있다. 전극 쌍(130)은 정류 회로(120) 또는 전기 에너지 변환 모듈(110)와 연결될 수 있다. 또한, G 단계에서 광 조사 모듈(140)이 설치될 수 있다. 광 조사 모듈(140)은 정류 회로(120) 또는 전기 에너지 변환 모듈(110)와 연결될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조한 항암 물질 생성부(100)의 제조 과정과 항암 물질 생성부(100)의 형상은 실시예를 설명하기 위한 예시에 불과할 뿐 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 항암 물질 생성부(100)의 구체적인 형상과 제조 과정은 통상의 기술자가 용이하게 변경할 수 있는 범위 내에서 변경될 수 있다.
도 5는 항암 물질 생성부(100)가 구동되는 것을 예시적으로 나타낸 개념도이다.
도 5를 참조하면, 항암 물질 생성부(100)는 생검 바늘(10)을 통해 생체 내부에 주입될 수 있다. 항암 물질 생성부(100)는 생검 바늘(10)을 통해 생체 내부로 전달될 수 있도록 그 크기가 조절될 수 있다. 예를 들어, 항암 물질 생성부(100)의 크기는 쌀알의 크기와 비슷할 수 있지만 이는 예시적인 설명에 불과하며 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.
항암 물질 생성부(100)는 생체 내부에 주입된 후 신호 발생부(200)가 발생하는 신호를 수신할 수 있다. 항암 물질 생성부(100)는 수신한 신호를 전기 에너지로 변환할 수 있다. 항암 물질 생성부(100)는 전기 에너지를 이용하여 항암 물질 생성부(100) 주변에 있는 생체의 체액에 전기분해 반응을 일으킬 수 있다.
전기분해 과정에서 항암 물질 생성부(100)의 애노드 전극에서 금속의 산화 반응이 일어날 수 있다. 예를 들어, 애노드 전극이 백금을 포함하는 경우, 화학식 1에서 나타낸 것과 같은 산화 반응이 일어날 수 있다.
또한, 애노드 전극 주변에 있는 생체의 체액에 포함된 이온화 물질들은 애노드 전극에게 전자를 빼앗길 수 있다. 이 과정에서 산소 가스와 염소 가스가 발생할 수 있다. 산소 가스와 염소 가스의 발생 과정은 화학식 2 및 화학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
백금 양이온은 생체의 체액에 존재하는 염소 음이온과 반응할 수 있다. 상기 반응을 통해서 시스플라틴의 전구물질인 
가 생성될 수 있다. 전구물질의 생성 과정은 화학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
광 조사 모듈(140)은 전구물질과 생체의 체액에 자외선 광을 조사할 수 있다. 자외선 광의 조사에 의해 전구물질과, 생체의 체액에 존재하는 이온화 물질 사이의 화학 반응이 촉진될 수 있다. 전구물질과 생체의 체액에 존재하는 암모니아 이온(
) 사이의 화학 반응에 의해 시스플라틴(
)이 합성될 수 있다.
상술한 예시에서는 시스플라틴을 예시로 들었지만 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 전극 쌍(130)이 백금 물질을 포함할 경우, 백금 양이온을 이용하여 항암 물질 생성부(100)는 백금 계열의 다른 항암 물질을 생성할 수도 있다.
항암 물질 생성부(100)가 항암 물질을 생성함에 따라 암 세포 중 일부가 파괴되어 죽은 세포(30)가 될 수 있다.
도 6은 항암 물질 생성 장치가 항암 물질을 생성하는 능력의 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
그래프는 흡수 스팩트럼을 나타낸다. R1은 시스플라틴의 흡수 스팩트럼에서 피크 값이 형성되는 제1 영역을 나타내며 대략 285nm 파장 대역 근처일 수 있다. R2는 시스플라틴의 흡수 스팩트럼에서 피크 값이 형성되는 제2 영역을 나타내며 대략 301nm 파장 대역 근처일 수 있다.
G0 그래프는 시스플라틴 약물 재고품 10mg의 흡수 스팩트럼을 나타낸다. G0 그래프에서 R1 영역과 R2 영역에서 흡수율이 부분적으로 높게 형성되는 것을 확인할 수 있으며, 특히 R2 영역에서 흡수율이 최대가 되는 것을 확인할 수 있다.
G1 그래프는 신호 발생부(200)가 500mW/cm2의 초음파 신호를 2시간 동안 발생시킨 경우, 항암 물질 생성부(100) 근처의 흡수 스팩트럼을 나타낸다. G2 그래프는 신호 발생부(200)가 500mW/cm2의 초음파 신호를 1시간 동안 발생시킨 경우, 항암 물질 생성부(100) 근처의 흡수 스팩트럼을 나타낸다. G3 그래프는 신호 발생부(200)가 180mW/cm2의 초음파 신호를 2시간 동안 발생시킨 경우, 항암 물질 생성부(100) 근처의 흡수 스팩트럼을 나타낸다. G1 그래프는 신호 발생부(200)가 180mW/cm2의 초음파 신호를 1시간 동안 발생시킨 경우, 항암 물질 생성부(100) 근처의 흡수 스팩트럼을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 신호 발생부(200)가 초음파 신호의 세기를 크게 할수록, 그리고 초음파 신호를 발생시키는 시간을 길게 할수록 시스플라틴이 많이 합성되는 것을 확인할 수 있다. G2 그래프를 참조하면, 신호 발생부(200)가 500mW/cm2의 초음파 신호를 1시간 동안 발생시킨 경우, 항암 물질 생성부(100) 근처의 흡수 스팩트럼이 시스플라틴 약물 재고품 10mg의 흡수 스팩트럼과 거의 유사해지는 것을 확인할 수 있다. 그리고, G1 그래프를 참조하면, 신호 발생부(200)가 500mW/cm2의 초음파 신호를 2시간 동안 발생시킨 경우, 항암 물질 생성부(100) 근처의 흡수 스팩트럼 모양이 시스플라틴 약물 재고품 10mg의 흡수 스팩트럼 모양과 거의 유사하며, 항암 물질 생성부(100) 근처의 흡수 스팩트럼 스케일이 시스플라틴 약물 재고품 10mg의 흡수 스팩트럼 스케일보다 큰 것을 확인할 수 있다. 즉, 신호 발생부(200)가 500mW/cm2의 초음파 신호를 2시간 동안 발생시면 기존의 시스플라틴 약물 재고품 10mg을 국소적으로 투여하는 것 이상의 효과를 기대할 수 있다.
도 7은 생체 외(in vitro)에서 배양된 암세포에 대한 항암 성능을 비교 시험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7의 C1 그래프는 항암 물질 생성부(100)가 전기분해를 하되, 별도의 광원을 이용하여 자외선 광을 조사한 경우 암세포의 사멸 수를 나타낸다. C2 그래프는 항암 물질 생성부(100)가 전기분해만 수행한 경우 암세포의 사멸 수를 나타낸다. C3 그래프는 항암 물질 생성부(100)에 광원 조사 모듈(140)와 백금 전극 쌍(130)을 설치하여 항암 물질 생성부(100)가 자체적으로 전기분해와 자외선 광 조사를 수행한 경우 암세포의 사멸 수를 나타낸다. C4 그래프는 전기분해 없이 항암 물질 생성부(100)가 자외선 광만 조사한 경우 암세포의 사멸 수를 나타낸다. C5 그래프는 항암 물질 생성부(100)를 작동시키지 않은 경우의 암세포 사멸 수를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 항암 물질 생성부(100)가 자외선 광만 조사한 경우(C4) 아무런 동작도 하지 않은 경우에 비해서는 암세포가 많이 죽었지만 그 효과가 미비한 것을 확인할 수 있다. 항암 물질 생성부(100)가 전기분해만 일으킨 경우(C2), 자외선 광만 조사한 경우(C4)에 비해서는 뛰어난 항암 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 항암 물질 생성부(100)가 전기분해와 자외선 광 조사를 모두 수행한 경우(C3) 이전 경우들(C2, C3, C4, C5)에 비해 가장 항암 효과가 뛰어난 것을 확인할 수 있다. 특히, 항암 물질 생성부(100)와 분리된 별도의 광원을 이용하여 이상적인 경우(C1, 생체 내에서 발생시키기 상당히 어려운 상황)와 비교하여도 항암 물질 생성부(100)를 이용한 경우(C2)의 항암 성능이 크게 뒤떨어지지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 실험용 쥐로부터 탈체된(ex vivo) 간 조직에 대한 항암 물질 생성 장치의 효과를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 쥐로부터 탈체된 간 조직에 대한 실험 결과, 항암 물질 생성 장치의 항암 물질 생성부(100)가 전기분해 및 추가적인 화학 반응을 일으킴으로써 항암물질을 생성하여 암세포를 사멸시키는 것을 확인할 수 있다.
이상 도 1 내지 도 8을 참조하여 예시적인 실시예에 따른 항암 물질 생성 장치 및 방법에 관하여 설명하였다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 초음파를 이용하여 생체 내에 주입된 항암 물질 생성부에게 높은 효율로 에너지를 전달할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 따르면, 충분히 작은 크기를 가지며 비독성의 항암 물질 생성부가 생체 내에 주입되어 항암 물질을 국소적으로 생성함으로써 생체가 받는 부작용 또는 피해를 최소화 할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에 따르면 항암 물질 생성부가 전기분해를 일으키고 자외선 광 조사에 의한 화학 반응을 촉진시킴으로써 충분한 양의 항암 물질을 효과적으로 생성할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
Claims (16)
- 생체에 주입되어 항암 물질을 생성하는 장치에 있어서,
외부 신호를 전달받아 상기 외부 신호를 전기 에너지로 변환하는 전기 에너지 변환 모듈;
상기 전기 에너지 변환 모듈에서 변환된 전기 에너지를 이용하여 상기 생체 내부의 체액에 전기분해를 일으키는 적어도 하나의 전극 쌍; 및
상기 전기 에너지 변환 모듈에서 변환된 전기 에너지를 이용하여 상기 전기분해에 의한 부산물에 광을 조사하는 광 조사 모듈을 포함하는 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기 에너지 변환 모듈은 상기 생체의 외부에서 발생된 초음파 신호를 수신하여, 상기 초음파 신호를 전기 에너지로 변환하는 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 전기 에너지 변환 모듈은 상기 초음파 신호를 수신하기 위한 압전 소자를 포함하는 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전극 쌍은 백금을 포함하며,
상기 전극 쌍 중 적어도 일부분은 상기 전기분해 과정에서 백금 양이온을 발생시키며,
상기 항암 물질은 백금 계열의 항암 물질인 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 전기 에너지 변환 모듈에서 생성된 전류를 일방향 전류로 변환하여 상기 전극 쌍에게 제공하는 정류 회로를 더 포함하는 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 광 조사 모듈은 자외선(ultraviolet) 광을 조사하는 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 광 조사 모듈은 상기 전기분해에 의한 부산물에 자외선 광을 조사함으로써 상기 부산물과 상기 생체의 체액에 포함된 이온의 화학 반응을 유도하는 장치. - 제 7 항에 있어서,
상기 전기분해에 의한 부산물은 백금양이온을 포함하고,
상기 백금양이온과 상기 생체의 체액에 포함된 이온의 화학 반응에 의해 생성되는 상기 항암 물질은 시스플라틴(cisplatin)을 포함하는 장치. - 생체 내에서 항암 물질을 생성하는 장치에 있어서,
상기 생체 외부에서 에너지 전달 신호를 발생시키는 신호 발생부; 및
상기 생체 내부에 주입되어 상기 신호 발생 모듈로부터 수신한 상기 에너지 전달 신호를 이용하여 항암 물질을 생성하는 항암 물질 생성부;를 포함하며,
상기 항암 물질 생성부는,
외부 신호를 전달받아 상기 외부 신호를 전기 에너지로 변환하는 전기 에너지 변환모듈; 상기 전기 에너지 변환 모듈에서 변환된 전기 에너지를 이용하여 상기 생체 내부의 체액에 전기분해를 일으키는 적어도 하나의 전극 쌍; 및 상기 전기 에너지 변환 모듈에서 변환된 전기 에너지를 이용하여 상기 전기분해에 의한 부산물에 광을 조사하는 광 조사 모듈을 포함하는 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 신호 발생부는 초음파 신호를 발생시키고,
상기 전기 에너지 변환 모듈은 상기 생체의 외부에서 발생된 초음파 신호를 수신하여, 상기 초음파 신호를 전기 에너지로 변환하는 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 전기 에너지 변환 모듈은 상기 초음파 신호를 수신하기 위한 압전 소자를 포함하는 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 전극 쌍은 백금을 포함하며,
상기 전극 쌍 중 적어도 일부분은 상기 전기분해 과정에서 백금 양이온을 발생시키며,
상기 항암 물질은 백금 계열의 항암 물질인 장치. - 제 12 항에 있어서,
상기 항암 물질 생성부는 전기 에너지 변환 모듈에서 생성된 전류를 일방향 전류로 변환하여 상기 전극 쌍에게 제공하는 정류 회로를 더 포함하는 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 광 조사 모듈은 자외선(ultraviolet) 광을 조사하는 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 광 조사 모듈은 상기 전기분해에 의한 부산물에 자외선 광을 조사함으로써 상기 부산물과 상기 생체의 체액에 포함된 이온성 물질의 화학 반응을 유도하는 장치. - 제 15 항에 있어서,
상기 전기분해에 의한 부산물은 백금양이온을 포함하고,
상기 백금양이온과 상기 생체의 체액에 포함된 이온성 물질의 화학 반응에 의해 생성되는 상기 항암 물질은 시스플라틴(cisplatin)을 포함하는 장치.
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