척수신경자극술 (spinal cord stimulation, SCS) 연구 상용화동향

 척수와 뇌 사이를 이동하는 통증 신호를 방해하여 진통 효과를 제공하는 척수신경자극술 (spinal cord stimulation, SCS)은 1965년 Ronald Melzack과 Patrick Wall의 이론을 근거로 시작되어[1], 1967년에 Norman Shealy 등이 최초로 수술을 시행하였다[2]. 척수 자극의 배터리팩은 사람의 허리 또는 엉덩이에 이식되어 척추를 따라 경막외 공간에 배치된 리드 (lead)라고 알려진 코드에 전기 펄스를 전송한다.

 Medtronic의 SCS 기기가 1984년 FDA 승인을 받아 독점시장을 형성하였고, 2004년 ANSI (Advanced Neuromodulation Systesm, Inc)의 기기와 어드밴스드 바이오닉스 (Advanced Bionics Corporation)의 FDA 승인을 받아 시장이 3사 경쟁체제로 전환되었다[3]. ANSI는 2005년 세인트 주드 메디칼(St. Jude Medical)이 인수하였고, 세인트 주드 메디칼은 애보트 (Abotte)가 2017년 인수하였다. 어드밴스드 바이오닉스는 2004년 보스톤 사이언티픽 (Boston Scientific)이 인수하였다. 2004년부터 10년간 3사가 경쟁하던 SCS 기기 시장은 2015년 네브로 기기가 FDA 승인을 받고 시장에 진입하여 4사의 경쟁으로 전환되었다. 이 시점부터 메드트로닉과 애보트 등 기존의 SCS 기기업체등에서도 신기술을 발표하기 시작하였고, 새로운 기술로 SCS 시장에 진입하려는 기업들의 활동도 많아지고 있다.

 

  최근의 주요 기술발전을 살펴보면 메드트로닉은 기존의 SCS 기기인 Itrel을 대체하는 신제품 Intellis를 출시하여 2017년 유럽의 CE 마크를 획득하였고, 2018년 미국 FDA의 승인을 획득하였다. 이 장치는 여러가지 자극 모드를 개별적으로 또는 동시에 전달할 수 있으며, 현재 사용가능한 가장 작은 SCS 기기(2.2×1.9 인치)이다. 또한, 이 장치는 신체 위치의 변화에 ​​따라 자극패턴을 자동으로 조절할 수 있다[4].

  네브로는 의공학박사로 의료기기분야 벤처캐피털리스트로 활동하던 Konstantinos Alataris가 2006년 설립하여, 2014년 나스닥에 상장하였다. Nevro의 SCS 시스템은 2010년 유럽 CE, 2011년 호주, TGA, 2015년 미국 FDA의 승인을 받고 유럽, 호주 및 미국에서 판매중이다. Nervo는 전통적인 척수 자극이 40–60Hz를 사용하는 데 비하여, 10kHz의 주파수가 더 효과적임을 밝히고[5] 이를 활용하여 제품을 개발하여 빠르게 시장을 잠식하고 있다.

  전통적인 SCS는 척추에서 등쪽 기둥의 큰 수초 섬유를 자극하고 작은 수초 섬유로부터의 통각 수용 신호를 억제한다. De Ridder 등은 2010년에 새로운 버스트 (Burst) 파형 자극을 제안했고[6], 2016년 애보트가 이 파형을 출시하였다. 이것은 기존과 다른 요법으로 간주할 수 있을 정도의 차이를 보였으며, 기존 SCS 요법에 잘 반응하지 않는 환자에게 새로운 치료방법을 제시할 수 있게 되었다[7].

  살루다 메디칼 (Saluda Medical)은 2013년 호주 NICTA (National ICT Australia Ltd)의 연구결과를 상업화하려는 목적으로 설립되었다. 호주 전역에 5곳의 실험실과 700명의 직원이 있는 NICTA는 호주의 정보통신기술 연구센터로 호주에 경제적, 사회적 및 환경적 이익을 창출하는 기술을 개발하기 위해 2003년 설립하였고, 연구결과를 기반으로 6개 이상의 회사를 설립한 바 있다. Saluda Medical의 Evoke SCS 기기는 만성 통증을 치료하기 위해 환자의 신경 지문을 사용하여 전기적 자극의 선량을 자동으로 모니터링하고 적응 시키며 실시간으로 각 환자의 필요를 충족시킬 수 있도록 테라피를 조정하는 세계 최초의 장치이다[8]. 호주에서 실시된 32명 환자에 대한 장기 임상 데이터는 기능적, 장애 및 수면에서 의미있는 개선을 보였다고 에딘버러에서 개최된 제13차 국제신경조절학회 (International Neuromodulation Society)에서 발표되었다. 2017년 5월에는 4천만 달러의 투자를 유치하였는데, 이 투자는 GSK 기금이 주도하였고, 메드트로닉 등이 참여하였다. 이 자금으로 미국 11지역에서 실시되고 있는 임상시험을 지원하고 유럽과 호주에서 이 제품을 상품화할 계획이다[9].

  패스메이커 뉴로시스템(PathMaker Neurosystems)은 뉴욕시립대(CUNY) Zaghloul Ahmed 교수의 연구를 기반으로 2013년 설립되었다. 뇌졸중, 뇌성 마비, 다발성 경화증, 척수 손상, 외상성 뇌 손상, 파킨슨 병 및 기타 신경 장애 환자들을 대상으로 척수통과 직류 자극 (Trans-Spinal Direct Current Stimulation, tsDCS)의 개발 및 임상 적용을 추진하고 있다. tsDCS는 비침습방식이어서 경제적이고, 고통이 없으며, 적용범위가 넒다는 등의 장점이 많다[10].

  말초 신경 자극 (peripheral nerve stimulation, PNS)는 SCS에 적합하지 않은 경우에 선택될 수 있는 새로운 신경조절전략으로 제시된다[11]. 스팀웨이브 테크놀로지스 (Stimwave Technologies)는 통증 관리를 위해 웨이브 크레스트 (WaveCrest) 모바일 iOS 플랫폼 환자 컨트롤러용으로 미국 FDA 승인을 받았다고 2018년 발표하였다[12]. 척수 경막 외 공간에 전극을 배치하여 통증을 치료하는 데 사용되는 이 시스템은 아이폰 및 애플 워치 모바일 컨트롤을 환자에게 제공한다. Freedom SCS 시스템은 무선 프로그래밍이 가능한 무선 SCS 신경조절 장치이다. 전신 마취와 큰 수술로 인해 수많은 합병증을 유발하는 것으로 알려진 기존 제품에 비하여 이 시스템은 임플란트의 설치 면적을 크게 줄였으며 자극의 수준을 미세 조정하고, 배터리 수명을 시각화하며, 임상의가 미리 프로그래밍하여 통증을 조절하는 프로그램을 수정할 수 있게 하는 장점이 있다. 스팀웨이브 테크놀로지스는 2010년 뉴럴 마이크로 (Neural Micro Inc)로 설립된 후 회사명을 변경하였으며, 지금까지 5470만 달러의 투자를 유치하였다. 이와 같이 경쟁이 치열해지면서 SCS 시장 자체도 큰 성장을 보일 것으로 기대된다.

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[1] Melzack, Ronald, and Patrick D. Wall. "Pain mechanisms: a new theory." Science 150.3699 (1965): 971-979.

[2] Shealy, C. Norman, J. T. Mortimer, and J. B. Reswick. "Electrical inhibition of pain by stimulation of the dorsal columns." Anesth Analg 46.4 (1967): 489-491.

[3] LaVito, Angelica, “These medical devices offer hope for treating chronic pain without opioids,” CBNC(Mar. 29, 2018)

[4] Viswanath, Omar, et al. "Evolving Spinal Cord Stimulation Technologies and Clinical Implications in Chronic Pain Management." Current pain and headache reports 23.6 (2019): 39.

[5] Kapural, Leonardo, et al. "Novel 10-kHz high-frequency therapy (hf10 therapy) is superior to traditional low-frequency spinal cord stimulation for the treatment of chronic back and leg painThe SENZA-RCT randomized controlled trial." Anesthesiology: The Journal of the American Society of Anesthesiologists 123.4 (2015): 851-860.

[6] De Ridder, Dirk, et al. "Burst spinal cord stimulation for limb and back pain." World neurosurgery 80.5 (2013): 642-649.

[7] Hunter, Corey W., “A failure in SCS is not a failure of the therapy as a whole,” NeuroNews(May 2, 2019)

[8] US Patents US9386934B2 (2016-07- 12, Application granted), “ethod and apparatus for measurement of neural response,” Inventor: John Louis Parker, Peter Scott Vallack Single, Dean Michael Karantonis. Current Assignee: Saluda Medical Pty Ltd

[9] “Saluda Medical secures US$40 million in series D financing,” NeuroNews (JUn 2, 2017)

[10] Bocci, Tommaso, et al. "Cathodal transcutaneous spinal direct current stimulation (tsDCS) improves motor unit recruitment in healthy subjects." Neuroscience letters 578 (2014): 75-79.

[11] Billet, Bart, Roel Wynendaele, and Niek E. Vanquathem. "A Novel Minimally Invasive Wireless Technology for Neuromodulation via Percutaneous Intercostal Nerve Stimulation for Post‐Herpetic Neuralgia: A Case Report with Short‐Term Follow‐up." Pain Practice 18.3 (2018): 374-379.

[12] “Stimwave receives FDA clearance for first Wireless SCS System with iPhone-iWatch patient controllers for opioid free pain management,” NeuroNews (Nov. 1, 2018)