전기신호로 ‘포만감’ 착각 다이어트 장치 개발

- 위스콘신 매디슨대학, 1cm 크기의 다이어트용 이식 미주신경 자극 장치...배터리 교체가 필요없는 '나노 발전기’탑재

비만으로 고생하는 사람들을 위해 먹지 않아도 전기 신호를 통해 뇌가 배부르다고 착각하는 장치가 개발됐다. 

2017년 조사에 따르면, 전 세계에서 무려 7억명 이상의 성인과 어린이가 비만으로 고통을 받고 있으며, 그 수는 매년 꾸준히 증가하고 있는 것으로 나타났다.

위스콘신 매디슨대학 (University of Wisconsin-Madison) 재료공학 교수인 쉬동 왕(Xudong Wang)과 대학원생 광 야오(Guang Yao)는 배터리가 필요 없는 1cm 크기의 다이어트용 이식 장치 개발에 성공했다.

연구 결과는 최근 국제 학술지인 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 논문명 <Effective weight control via an implanted self-powered vagus nerve stimulation device(이식된 자가 전원 미주신경 자극장치를 통한 효과적인 체중 조절)> 으로 발표됐다. 

▲ 미주신경 자극 시스템의 동작 원리 [출처: 네이처 커뮤니케이션]

개발된 장치는 작은 동전 크기로 사람의 뱃속에 직접 이식해 사용된다. 이 장치에는 배터리를 탑재하고 있지 않기 때문에, 한번 설치되면 배터리를 교체할 필요가 없다. 그 대신 음식을 먹을 때 발생하는 위의 연동 움직임에 따라 '나노 발전기'가 전기 신호를 생성하고 위장과 뇌를 연결하는 미주 신경에 전달한다. 이 전기 신호가 뇌에 "배부르다"고 착각하게 만들어 다이어트할 수 있다.

나노 발전기는 사람의 일상적인 움직임 같은 기계적 에너지로부터 전기 에너지를 수확할 수 있다. 이름처럼 크기가 아주 작고 가벼운 데다 구동회로를 단순·집적화할 수 있어서 착용형·휴대용·신체 이식형 기기에 적용될 수 있는 미래 기술이다. 

이러한 체중 감량을 위해 미주 신경을 자극하는 장치(VNS, Vagus Nerve Stimulation Therapy System)는 기존에 있었다. 2015년 식품 의약품 안전청(FDA)의 승인을 받은 기존 제품 '마에스트로(Maestro)'는 미주신경에 고주파 자극을 가해 뇌와 위 사이의 모든 신호를 차단한다. 특히 복잡한 제어 장치가 들어 있어 부피가 클 뿐만 아니라 배터리를 교체해야 하는 번거로움이 있었다. 

쉬동 왕 교수는 "실험용 쥐를 대상으로 장치를 이식한 후 25일 동안은 급격한 체중 감소가 나타났다. 이후 안정기에 접어들고 100일 동안 장치를 이식한 쥐가 대조군보다 체중이 약 40% 줄어든 상태를 유지했다. 또한 100일 후 장치를 제거하자 이식 이전 몸무게로  다시 돌아왔다. 

쉬동 왕은 나노 발전기에 관한 세계적 권위자로 이번에 개발된 장치도 '위벽의 물결'이라는 약간의 움직임을 전기로 변환해 신경 전달 구조를 개발했다. 연구진은 향후 더 큰 동물로 실험을 진행하고 곧 사람에게도 응용할 계획이다.

iT뉴스 / 김들풀 기자  itnews@

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