마비된 사람들이 다시 손을 사용할 수 있도록 척수를 자극하는 장치

멜라니 리드(Melanie Reid)는 52세 때 말에 올라타 넘어져 목이 부러졌다. 그로 인한 부상으로 인해 그녀의 몸은 가슴 아래 부분이 마비되었다. 14년 후 광범위한 물리 치료를 받은 후 그녀는 오른손의 일부 기능, 즉 "생명선"을 점차 회복했다고 기자회견에서 말했다. 그러나 그녀의 왼손은 여전히 “쓸모없다”.

저널리스트로서 그녀는 타자를 칠 수 없어서 큰 타격을 입었다. 머리를 포니테일로 묶고, ATM 카드를 사용하고, 사탕을 푸는 등 단순해 보이는 일상조차도 힘든 일이었다.

새로운 장치의 도움으로 그녀는 단 두 달만 사용해도 이 모든 일을 할 수 있게 되었다. ARC-EX 치료법이라고 불리는 이 장치는 척수 손상 부위 주변의 잔여 신경 연결을 파괴한다. 신체 재활과 결합된 치료로 인해 자극이 꺼진 경우에도 왼손의 일부 기능이 회복되었다.

리드는 양손의 통제력을 회복하기 위해 척수 자극을 사용하는 방법을 모색하는 60명의 참가자가 참여한 임상 시험에 참여했다. 유사한 치료법이 하반신 마비 환자에게 단 하루 만에 걸을 수 있는 능력을 회복시키는 가능성을 보여주었다. 그러나 척수에 전극을 배치하려면 수술이 필요했다.

이와 대조적으로 ARC-EX 요법은 피부를 통해 두 가지 유형의 전기 펄스를 전달하므로 수술이 필요하지 않다. 스위스 연방 기술 연구소의 그레그와르 쿠르틴(Grégoire Courtine)과 동료들이 개발한 이 장치는 참가자 중 72%의 손 힘, 집기 및 기타 움직임을 개선했다.

이 장치는 비침습적이기 때문에 신체 재활 프로그램(일종의 손가락 필라테스)에 간단히 추가할 수 있다고 팀은 설명했다. 이 시험에는 2개월 간의 자극만 포함되었으며 일정을 연장하면 잠재적으로 결과가 더욱 향상될 수 있다.

자극은 걷는 것이 아니라 손가락과 손의 기민성에만 도움이 된다. 하지만 리드에게는 그게 중요하다. “모든 사람들은 척추 부상이 있으면 다시 걸을 수 있기만 하면 된다고 생각한다.”라고 그녀는 말했다. 그러나 "가장 중요한 것은 일하는 손이다. [그리고] 그 이득은 인생을 바꿀 수 있다."

부러진 다리

실험에 참여한 모든 참가자는 대략 목 수준의 척수 골절을 겪었다.

신경이 찢어지면 뇌는 더 이상 신체에 명령을 내릴 수 없다. 끊어진 전화선처럼 "손을 움직여"라고 생각하면 휴식 시간에 신호가 끊어진다. 과학자들은 근육 움직임을 제어하기 위해 전극을 사용하여 이러한 통신 "간극"을 메우려고 오랫동안 노력해 왔으며 본질적으로 끊어진 생물학적 와이어를 인공 와이어로 대체했다.

척수 자극이 한 가지 해결책이다. 2018년, 한 남자가 척추에 전기 충격을 가해 마비된 지 몇 년 만에 축구장 전체를 걸어 다녔다. 하루만 자극해도 완전마비 환자들은 분주한 도심을 산책하고 카약을 탈 수 있게 됐다.

회복의 핵심은 살아있는 신경을 표적으로 삼는 것이라고 팀은 설명했다. 대부분의 경우, "완전한" 척수 손상이 있는 것으로 간주되는 환자라도 여전히 신경이 남아 있으며, 이를 자극하면 재성장과 연결을 유발할 수 있다.

척수를 나무로 상상해 보라. 가지가 피부를 향해 뻗어 있다. 이제 "트렁크"가 부분적으로 절단되었다고 상상해보자. 부상 부위 주변의 피부를 찔러 전기 신호를 손상된 척수 "몸통"에 전달하고 부상 부위 근처의 살아있는 뉴런이 신경 연결을 재건할 수 있도록 할 수 있다.

쿠르틴은 "전임상 모델에서 자극을 가하면 즉시 움직임이 촉진되었다."라고 말했다. 그러나 “더 중요한 것은” 마치 신체가 망가진 신경계를 복구하는 것처럼 새로운 뉴런의 성장을 보았다고 그는 덧붙였다. 충분한 치유가 이루어지면 환자는 자극 없이도 손을 사용할 수 있을 가능성이 있다.

이러한 아이디어를 바탕으로 팀은 ARC-EX 장치를 제작했다.

임상 시험

임상 시험에는 목 부분 척수 손상 환자 60명이 포함되었다. 모든 참가자는 2개월 간의 물리 치료를 받은 후 ARC-EX 자극과 결합된 2개월 간의 물리 치료를 받았다. 그 그룹의 평균 나이는 대략 46세였다.

신체 재활을 위해 각 사람은 일주일에 최대 5회까지 매일 1시간 동안 팔 전체를 꼬집거나 잡거나 움직이는 등의 동작을 연습했다. 치료로 인해 팔과 손 기능이 개선되었지만 대부분의 환자에서는 진행이 정체되었다.

그런 다음 팀은 부상 부위 위와 아래에 전극을 배치하여 ARC-EX 자극을 추가했다. 치료 중에 팀은 잽의 빈도와 강도를 제어하여 원치 않는 근육이 "튀는 현상"을 일으키지 않고 팔과 손의 움직임을 촉진했다.

실험은 "오픈 라벨"이었다. 이는 참가자와 연구자 모두가 자극을 받고 있음을 알고 있음을 의미한다. 이것은 가짜 자극이 아닌 실제 치료를 받고 있다고 생각하기 때문에 참가자가 회복되는 위약 효과 때문에 위험한 사업이 될 수 있다. 그러나 ARC-EX를 사용하면 자극을 "맹검"하는 것이 불가능하다. 장치를 켜는 즉시 참가자들은 전기 펄스가 "일종의 윙윙거리는 소리"처럼 느껴지는 이상한 감각을 느끼게 된다고 리드는 말했다.  장치를 끄면 즉시 참가자들에게 경고 되었다. 한 예에서 리드는 "자극이 켜진 상태에서 무게가 있는 병을 들고 있었다"고 말했지만 자극이 꺼진 상태에서 그녀는 자신도 모르게 즉시 병을 떨어뜨렸다고 말했다.

단 8주 만에 참가자 중 72%가 일련의 테스트를 통해 평가한 손의 힘과 손재주(머그컵을 잡거나 핀셋을 집는 능력)에 대한 목표를 달성하거나 초과했다. 단 한 명만이 의도하지 않은 효과, 즉 통제할 수 없는 근육 경련을 경험했다. 그러나 연구팀은 자극이 발생했을 당시에는 꺼진 상태였기 때문에 ARC-EX와는 관련이 없을 가능성이 높다고 밝혔다.

치료는 손 기능만 개선한 것이 아니다. 마비된 참가자들은 통증도 덜 느꼈고, 호흡곤란도 덜했으며, 잠도 더 잘 잤다.

강화된 치료법

모든 신경 연결이 완전히 끊어진 척수 손상 환자 중 약 10%에게는 자극이 작동하지 않는다. 그러나 아직 신경 말단이 남아 있는 사람들의 경우 손가락 움직임을 더 쉽게 회복할 수 있다.

임상시험의 또 다른 참가자인 쉐론 캠벨(Sherown Campbell)은 ARC-EX가 인생을 바꾸는 도구라고 말했다. 자칭 "기술 괴짜"인 그는 끊임없이 컴퓨터로 작업한다. “손 기능에 집중하는 것이 제가 개선하고 싶은 가장 큰 일이었다.”라고 그는 말했다.

ARC-EX 치료를 통해 그의 타이핑 속도는 분당 25단어에서 분당 33단어로 증가했다. "약 30% 증가한 수치이다. 이는 나에게 정말 의미 있는 일이다."라고 그는 말했다. 그러나 더 중요한 것은 그의 삶의 질이 향상되었다는 것이다. 그는 다시 요리하고 글을 쓸 수 있다. 겉보기에는 단순해 보이는 일상 활동 두 가지가 그에게 기쁨을 주었지만 사고로 빼앗겼다.

이번 시험이 성공하면 이 장치가 곧 시장에 출시될 수도 있다. 비 침습적이기 때문에 기존 물리 치료 세션에 쉽게 통합될 수 있다. 팀은 이미 미국에서 승인을 기다리고 있으며 곧 유럽연합과도 논의할 예정이다.  현재로서는 가격이 알려지지 않았지만 쿠루틴은 목표가 널리 접근 가능하도록 만드는 것이라고 말했다.

리드에게 왼손을 사용할 수 있게 된 것은 그녀의 삶에 엄청난 변화였다. 그녀는 “정말 대단하다”고 말했다. "고개를 들고 세상을 다르게 보게 만든다."

이미지 제공: ONWARD Medical N.V.