벤치에서 진료소까지 생식 의학 분야의 의료용 마이크로 로봇

Nature Communications 14권, 기사 번호: 728(2023) 이 기사 인용

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의료용 마이크로로봇공학은 소형화된 센서와 액추에이터를 통해 인체 내부의 비침습적 진단과 치료를 목표로 하는 신흥 분야이다. 이러한 마이크로로봇은 연결되어 있거나(예: 스마트 마이크로카테터, 미세 내시경) 연결되지 않을 수 있습니다(예: 세포 기반 약물 전달 시스템). 마이크로로봇을 단순한 수동 캐리어 및 기존 나노의학과 구별하는 능동 동작 및 다중 기능은 자기 또는 초음파와 같은 물리적 장을 사용한 외부 제어를 통해 달성될 수 있습니다. 여기에서는 보조 생식 분야의 주요 과제에 대한 개요와 이러한 신기술이 미래에 어떻게 생체 내 보조 수정을 가능하게 하고 배아 이식을 향상시킬 수 있는지에 대해 설명합니다. 사례 연구로서 우리는 자기 제어 마이크로로봇을 사용하여 초기 배아를 수정 부위로 다시 비침습적으로 전달하는 것과 관련된 재발성 배아 이식 실패의 경우 잠재적인 개입에 대해 설명합니다. 배아는 분비성 난관액과 접촉하게 되므로 자연 조건 하에서 자궁내막 준비와 동시에 발달할 수 있습니다. 우리는 재료와 프로세스의 적절한 선택, 벤치에서 동물 연구 및 인간 의학으로의 변환을 구상하는 것을 포함하여 잠재적인 마이크로로봇 설계에 대해 논의합니다. 마지막으로, 이 기술을 임상에 적용하기 위한 규제 및 윤리적 고려 사항을 강조합니다.

불임은 전 세계적으로 4,850만 쌍에 영향을 미치는 문제입니다1. 여성 요인의 가능한 원인은 배란 장애, 난관 기능 장애, 자궁 내막증, 자궁 및/또는 자궁경부 요인입니다. 남성 요인은 일반적으로 낮은 정자 품질(예: 낮은 운동성, 비정상적인 형태 또는 낮은 수)로 인해 발생하며 생체 내에서 난모세포 수정 가능성을 감소시킵니다. 기존의 일반적인 불임 치료법에는 저비용, 최소 침습적 호르몬 자극, 자궁내 수정, 체외수정(IVF), 세포질내 정자주입(ICSI) 등이 있으며, 이는 난관 불임이나 중증 남성 불임으로 진단된 경우에 적용됩니다. 이러한 기술의 적용은 국제 지침2에서 제안된 개선된 프로토콜과 더 나은 배우자 선택 기술로 인해 급속히 증가하여 약 95%3의 수정률에 도달했습니다. 그러나 ICSI 및 IVF의 이식률은 여전히 ​​17~21%(3일 후)이며 환자의 연령에 따라 감소합니다4. 이러한 비율은 지난 몇 년간 체외에서 배아 배양을 장기간(최대 5일) 한 후 더욱 향상되어 42~47%의 임신율에 도달했습니다5. 그러나 고품질의 배반포를 얻을 확률은 여전히 ​​낮고 호르몬 자극을 통해 많은 수의 난모세포를 채취해야 하지만, 머신러닝을 활용한 첨단 품질 평가 기술을 사용하더라도 최적 품질의 배아당 착상률은 여전히 57.5%6보다 높지 않습니다.

IVF 및 ICSI를 통해 얻은 이식된 배아의 낮은 임신율은 배우자가 체외 조작 중에 노출되는 스트레스로 인해 발생할 수 있습니다7. 생활습관 요인, 질병, 자궁 또는 자궁내막 이상, 배아 요인도 영향을 미칠 수 있습니다. IVF 실험실 프로토콜의 차이도 각 치료의 성공에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다8. 그럼에도 불구하고 대부분의 경우 뚜렷한 설명을 찾을 수 없습니다. 이러한 의학적 문제의 경우 자궁내막 손상 치료, 자극 프로토콜 변경, 배반포 단계에서 배아 이식 및/또는 부화 보조가 도움이 되는 것으로 나타났습니다9.

특히, 재발성 배아 착상 실패의 경우, IVF10 도입 후 첫 해에 유망한 방법은 복강경을 통한 배우자/접합체(GIFT/ZIFT)의 난관 내 이식이었습니다. 이 기술은 IVF 및 ICSI를 이용한 체외수정이 개선된 후 폐기되었으며 현대 IVF 실험실의 배양 조건은 더 높은 배아 형성율을 보여주었습니다. 그러나 GIFT와 ZIFT는 수정 및/또는 배아 발달을 위한 적절한 생리적 환경과 배아와 자궁내막 준비 간의 최적의 동기화를 제공하므로 여전히 유리한 것으로 간주됩니다. 이 절차는 RIF의 일부 사례에서 임신율이 더 높은 것으로 나타났지만12 ZIFT의 3건의 사례를 포함한 메타 연구에서는 정상 출산율에서 뚜렷한 개선이 관찰되지 않았습니다. 일반적으로 이 기술의 성공 여부는 IVF 실험실마다 다른 외과의사의 전문 지식과 적용 프로토콜에 달려 있는 것으로 알려져 있습니다. 전통적인 방법은 또한 매우 침습적이며 마취가 필요하고 부작용이 있을 수 있습니다14. 그러나 마이크로로봇 ZIFT/GIFT와 같은 덜 침습적인 ZIFT 기술은 더 나은 결과를 가져올 수 있습니다.