온도

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18287(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

레이저열치료는 악성종양의 치료법 중 하나이다. 초소형 열센서를 이용한 열내시경을 개발하고, 열화상 카메라의 2차원 온도 매핑이 가능하다는 점에 착안해 암 조직을 적절한 온도로 가열할 수 있는 새로운 복강경 레이저 온열치료 시스템을 구축했습니다. 간세포 암종(N1S1) 세포를 Sprague-Dawley 쥐(n = 13)의 간에 이식하여 동소성 간세포 암종을 생성했습니다. 쥐 중 6마리는 새로 개발된 시스템을 사용하여 복강경 레이저 온열요법(70°C, 5분)을 받았고, 나머지는 복강경 삽입만 시행했습니다. 병변 부피 측정 및 조직학적 평가는 모든 쥐에서 수행되었습니다. 복강경 레이저 온열치료 시스템으로 안정적인 온도 조절이 가능합니다. 설정온도로 70℃를 적용한 경우, 조사시간(5분)의 93.2% 동안 표적암의 온도가 68~72℃ 범위 내에서 유지되었다. 열처리된 종양의 중앙 부피는 치료되지 않은 종양의 부피보다 현저히 작았습니다. 새로 개발된 복강경 레이저 열치료 시스템은 종양 표면의 온도를 원하는 온도로 유지할 수 있어 쥐의 간세포암종 모델 치료에 효과적인 것으로 입증됐다.

온열요법은 암세포가 열에 취약하기 때문에 암 치료에 매우 효과적인 치료법이며, 온열요법은 부작용이 최소화되어 오랫동안 연구되어 왔습니다1,2,3.

최근에는 레이저를 조사하여 종양조직에 열을 가하는 방법인 레이저열치료(LTT)가 주목을 받고 있다. 레이저 광에 의한 열 가열은 빛 에너지가 조직에 흡수된 후 열로 변환될 때 발생합니다4. 조직에서 레이저 광의 흡수는 조직의 구성 성분(세포외 기질, 콜라겐, 수분 등의 비율)에 따라 달라지며, 각 기관은 고유한 특성을 가지고 있습니다5. 그러나 일단 조직의 국소 가열로 변환되면 조직에 대한 열역학적 효과는 동일합니다. 레이저열요법의 치료 효과는 조직 내 수분의 기화로 인한 조직 파괴와 종양 세포의 세포 사멸 또는 괴사로 인해 발생합니다6. LTT는 광섬유를 이용하여 체내 장기에 적용할 수 있기 때문에 식도7 등 내강기관의 암뿐만 아니라 간암8, 뇌종양9, 신장세포암10 등 고형장기의 암에도 사용할 수 있습니다.

안전하고 효과적인 LTT를 달성하려면 가열 중에 암 조직의 온도를 모니터링하고 온도를 적절한 수준으로 유지하는 것이 필요합니다. 자기공명영상(MRI) 기반 온도 모니터링은 뇌종양의 간질성 LTT에 사용되었으며, 치료 시 온도 조절의 효과가 입증되었습니다9,11,12. 반면, 복사 에너지(적외선) 감지를 기반으로 한 온도 모니터링은 (1) 비침습적으로, (2) 실시간으로 물체의 표면 온도를 얻을 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 (3) 2차원 열분포를 얻을 수 있다. 이러한 장점을 바탕으로 우리는 열화상 카메라를 이용한 체온 모니터링 방법을 확립하여 레이저 온열치료에 그 유용성을 보여주었다. 구체적으로, 대상 조직을 가열하면서 열화상 카메라에서 얻은 온도 정보를 입력 신호로 사용하여 레이저 출력을 자동으로 제어하는 ​​피드백 시스템을 개발하는 데 성공했습니다. 본 시스템을 이용하여 동물 모델에서 표적 종양의 온도를 안정적인 온도로 유지할 수 있음을 입증하였고13 이로 인해 좋은 치료 효과가 있음을 보고하였다14.