척수신경자극술(SCS)

□ SCS 개발역사


척수와 뇌 사이를 이동하는 통증 신호를 방해하여 진통 효과를 제공하는 척수신경자극술(spinal cord stimulation, SCS)은 1965년 Ronald Melzack과 Patrick Wall의 게이트 이론(gate theory)을 근거로 시작되었고, 1967년에 Norman Shealy 등이 최초로 수술을 시행하였다. 이후 메드트로닉이 이 기술을 발전시켜 1984년에 상용화하였다. SCS 시스템은 리드(lead), 시험 자극기, 이식형 펄스발생기(Implantable Pulse Generator, IPG), 수술도구, 임상의용 랩톱 프로그램, 환자 원격제어 및 모바일 충전기로 구성된다. IPG에는 리드에 전기 펄스를 전달하는 충전식 배터리와 전자 장치가 포함되어 있다. IPG는 재충전이 가능하며 일반적으로 엉덩이 또는 복부 위의 피부 아래에 수술로 배치된다. IPG는 척추를 따라 경막외 공간에 배치된 리드라고 알려진 코드에 전기펄스를 전송한다. 시험자극기에는 전기펄스를 리드에 전달하는 전자 장치가 포함되어 있다. 일반적으로 며칠동안 지속되는 평가기간 동안 허리에 착용하는 외부장치이며, 배터리로 구동된다. 충전기는 본체 외부에서 IPG를 재충전한다.


□ SCS 시장 및 주요 기업


2020년 SCS 세계 시장규모는 27억$, 연평균성장률은 8.1%로 추정된다. SCS의 가장 일반적인 용도는 척추수술실패중후군(Failed Back Surgery Syndrome, FBSS)과 같은 신경병성 통증상태이다. 만성통증치료법에는 척추수술, 구강 오피오이드 치료 및 SCS가 포함된다. 척추 수술, 일반적인 침습적 시술은 시술에도 불구하고 통증이 지속되는 상태인 FBSS와 같은 합병증을 유발할 수 있으며, 척추 수술은 종종 심한 신경병성 요통과 같은 특정 유형의 만성통증을 치료하지 못한다. 구강 오피오이드는 중독과 남용의 위험이 높다. 미국 만성통증협회(American Chronic Pain Association)는 미국과 유럽에서 1,500만명 이상의 사람들이 어느 정도의 신경병성 통증을 가지고 있다고 추정한다. 100명 중 2명 이상이 말초 신경병증을 앓고 있는 것으로 추정되며, 55세 이상의 사람들은 100명당 8명으로 발병률이 증가한다. SCS 기기의 첫해 이식비용은 $32,880~$57,800 연간 유지비용은 $5,071~$7,277이다. 미국에서 지난 4년간 10여만건의 부작용보고서 중에서 3만여건이 불만족스러운 통증완화였고, 2005년부터 2020년까지 428명의 사망사고가 있었다. 오피오이드 남용을 막기 위하여 진통제의 대안으로 SCS의 수요 증가요인이 있으나, 가격 및 수술의 부담 등이 시장성장의 장애요인을 지적된다. 메드트로닉의 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. 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. 누벡트라가 2018년, 나루 메디칼이 2019년 FDA 승인을 받아 경쟁기업의 수가 증가하고 있다. 호주의 살루다 메디칼도 유럽 승인을 얻었고, 미국 FDA 승인을 추진중이다.


◾ 메드트로닉

메드트로닉은 1984년 SCS 제품의 FDA 승인을 얻은 후 기술개발을 지속적으로 하고 있다. 레스토어(Restore) 시스템은 2006년에 FDA 승인을 받았다. 이 시스템은 최대 16 개의 전극이 척추에 전기 펄스를 전달하고, 다양한 수준의 통증을 감당하기 위해 환자를 위해 최대 32 개의 프로그램 옵션을 선택할 수 있다. 2011년에는 레스토어 센서 SCS이 포함된 어탭티브스팀(AdaptiveStie)에 대하여 FDA 승인을 받았다. 이 시스템은 모션 센서를 사용하여 환자의 자세와 활동의 변화를 감지 한 다음 만성 통증 증상 완화에 필요한 전기 자극 수준을 자동으로 조정한다. 2017년에 기존 제품인 레스토어(Restore)보다 크기를 크게 줄인 인텔리스(Intellis) 플랫폼을 개발하고 FDA 승인을 받았다. 메드트로닉의 2019년 통증 신경조절기기 매출은 12억$로 전년에 비하여 약간 증가하였다. 메드트로닉의 SCS 시스템은 신체 위치 변화에 따라 자동으로 자극 패턴을 조절하여 커버리지 손실을 방지 한다. 이는 신체위치를 감지할 수 있는 내부 가속도계 기술인 어댑티브스팀(AdaptiveStim)을 통해 가능하다. 이 기술은 의사가 환자 활동수준을 추적하여 환자의 이동성과 삶의 질 향상에 대한 객관적인 질적 측정을 제공 할 수 있게 한다.메드트로닉는 2020년 새로운 SCS기법을 개발한 스팀제닉스(Stimgenix)를 인수하였다. 스팀제닉스는 차등 표적 다중화(Differential Target Multiplexed, DTM)기법을 개발하였는데, 이 기법은 뉴런과 신경교세포를 모두 조절할 수 있어, 통증치료를 크게 개선할 것으로 기대된다. 메드트로닉은 1949년 의료장비 수리점으로 설립되어 1960년 착용 가능한 배터리 구동 심장심박동기를 개발하였다. 이후 지속적인 사업확장으로 150여개국에서 9만명 이상을 고용하는 대기업으로 성장하였다. 2020년 매출은 289억$로 신경자극기기 등이 포함된 회복치료그룹(restorative therapies group)의 매출은 77억$이다. 1981년 뉴욕 증시에 상장되었고, 2008년 글로벌 금융위기때 주가가 하락한 것을 제외하고는 지속적인 상승세를 보이고 있다. 2020년 10월 현재 시가총액은 1,371억$이다.


◾ 애보트

애보트(Abbott)는 2004년 SCS 승인을 받은 세인트 주드 메디칼을 2017년에 인수하여 SCS 시장에 진입한 후 2019년 저자극 SCS인 프로클레임(Proclaim) XR 플랫폼이 FDA 승인을 받았다. 이 제품은 버스트(burst) 자극이라는 새로운 자극 파형을 사용하는데, 시상세포(thalamic cells)가 강장제 방식(tonic fashion)으로 발화할뿐만 아니라 더 강력한 피질활성화제로 간주되는 버스트 방식으로 발화한다는 점의 발견에 근거하여 근접한 고주파 자극의 간헐적 신호를 전달하여 버스트 자극 기능을 수행한다. 버스트 자극은 전통적인 SCS기술로 효과가 감소한 환자에게 도움이 될 수 있다. 전통적인 SCS의 저주파 자극에 대한 내성을 개발한 환자에서는 다른 방식으로 에너지를 전달하는 버스트 자극이 획기적인 통증을 완화할 수 있는 잠재력을 가지고 있다애보트는 1888년 설립되었고, 2013년 연구기반 제약사업을 애브비(AbbVie)로 분리하고, 애보트는 의료기기 및 제네릭 의약품 등을 판매하고 있다. 애보트는 지속적 성장으로 2019년 매출 319억$의 대기업이 되었다. 1929년 시카고 증시에 상장되었으며, 2020년 10월 현재 시가총액은 1,885억$이다. 애보트의 2019년 신경조절기기 매출은 8억 3,100만$이었다.


◾ 보스턴 사이언티픽

보스턴 사이언티픽(Boston Scientific)은 2004년 어드밴스트 바이오닉스를 인수하여 SCS 시장에 진입한 후 2018년 스펙트라 웨이브라이터(Spectra WaveWriter) SCS 시스템이 FDA 승인을 얻었다. 이 시스템은 감각이상기반 및 하위지각 요법(paresthesia-based and sub-perception therapy)을 동시에 제공하는 점이 특징이다. SCS는 통증 신호를 차단하기 위해 전기 펄스를 척수로 보낸다. 감각 이상(paresthesi) 기반요법은 가벼운 따끔거림으로 통증을 완화하는 반면, 역하지각(sub-perception) 요법은 그러한 감각없이 작동한다. 스펙트라 웨이브라이터를 사용하면 환자는 이 두 치료법을 결합하여 특정 통증 부위 하나를 표적으로 삼거나 필요에 따라 각 치료법을 사용하여 여러 부위의 통증을 가장 잘 관리할 수 ​​있게 된다. 보스턴 사이언티픽의 2019년 신경조절기기 매출은 8억 7,300만$였다. 보스턴 사이언티픽은 1979년 설립되었다. 2019년 매출은 107억$이다. 1992년 상장되었고, 2020년 10월 현재 시가총액은 550억$이다. 보스턴 사이언티픽은 2003년부터 J&J와 심장스텐트 의료기기를 다루는 특허와 관련된 일련의 소송에 참여했다. 소송은 2009년에 7억 1,600만$, 2010년 17억 3천만$을 보스턴 사이언티픽이 J&J에 지불하기로 합의하면서 해결되었다.


◾ 네르보

네르보(Nervo Corp)는 2006년 설립되었다. 전통적인 척수 자극이 40–60Hz를 사용하는 데 비하여, 10kHz의 주파수가 더 효과적임을 밝히고 이를 활용하여 제품을 개발하여 빠르게 시장을 잠식하고 있다. 전통적인 SCS가 통증완화과정에서 종종 감각이상(paresthesia)을 경험하는 데, 네르보의 SCS는 감각이상없이 통증 완화를 제공하도록 설계되었다. 2015년 센자(Senza) 시스템이 FDA 승인을 받았고, 2018년 이를 개선한 센자 II 시스템이 FDA 승인을 받았다. 네브로의 2019년 통증 신경조절기기 매출은 3억 7500만$이었다.2018년 후반기부터 실적 부진으로 주가가 하락하였으나 이후 회복세를 보이고 있다. 네르보는 2014년 나스닥에 상장되었으며 2020년 10월 현재 시가총액은 53억$이다.


◾ 누벡트라

누벡트라(Nuvectra)는 의료기기 기업인 그레이트배치(Greatbatch)의 분사기업으로 2016년 설립되어 4500만$의 투자를 유치하였다. 누벡트라의 알고비타(Algovita) SCS 시스템은 2018년 FDA 승인을 얻었다.


◾ 나루 메디칼

나루 메디칼(Nalu Medical, Inc)은 의료기기기업으로 2014년 설립되었다. 1200만$의 투자를 유치하였고, SCS 시스템을 개발하여 2019년 FDA의 승인을 받았다.


살루다 메디칼

살루다 메디칼(Saluda Medical)은 2013년 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 설립되었고, 연구결과를 기반으로 6개 이상의 회사를 설립한 바 있다. 살루다 메디칼의 SCS기기는 자극에 대한 척수의 반응을 측정하고 자극량을 자동으로 모니터링하고 적응시키며 실시간으로 각 환자의 필요를 충족시킬 수 있도록 자극을 조정한다. 2017년 4천만 달러의 투자를 유치하였는데, 이 투자는 GSK 기금이 주도하였고, 메드트로닉 등이 참여하였다. 2019년 유럽에서 승인을 얻었고, 미국 FDA 승인은 추진중이다.


페스메이커 뉴로시스템

페스메이커 뉴로시스템(PathMaker Neurosystems)은 뉴욕시립대(CUNY) Zaghloul Ahmed 교수의 연구를 기반으로 2013년 설립되었다. 뇌졸중, 뇌성 마비, MS, 척수 손상, 외상성 뇌손상, PD 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.스팀웨이브 테크놀로지스스팀웨이브 테크놀로지(Stimwave Technologies)는 2010년 설립되어 5,800만$의 투자를 유치하였다. 설립시의 회사명은 뉴럴 마이크로(Neural Micro Inc)였으며 이후 스팀웨이브 테크놀로지로 회사명을 변경하였다. 스팀웨이브의 프리덤 SCS 시스템은 2014년 미국 FDA 승인을 얻었다. 이 시스템은 더 빠르고 덜 침습적인 이식을 가능하게 하는 무선 소형자극기를 특징으로 하는 독점 기술이다. 기존 SCS와 달리 스팀웨이브의 프리덤 SCS는 웨어러블 안테나 어셈블리(Wearable Antenna Assembly, WAA)라고 하는 환자가 외부에서 착용한 송신기 및 배터리와 무선으로 통신하는 작은 이식형 전극을 사용한다. 이 장치는 진폭이 1~ 24mA 범위, 펄스폭 범위가 10~1,000μs, 주파수가 5~20,000Hz인 광범위한 자극 매개변수 스펙트럼을 가지고 있다. IPG 대신 외부 RF 송신기에서 제공하는 전력 및 원격 측정에 의존한다는 점에서 기존 SCS 시스템과 다르다. 기존 SCS 시스템이 2만$이상이 들지만 스팀웨이브의 시스템은 1만$로 비용도 50%가 절감되는 점과 IPG관련 합병증을 피할 수 있다는 점이 장점이다.


◾ GTX 메디칼

GTX 메디칼(GTX Medical)은 스위스 로잔대 Grégoire Courtine 교수의 연구를 기반으로 2013년 설립되었고 4120만$의 투자를 유치하였다. GTX 메디칼에서는 착수손상(spinal cord injuries, SCI) 환자들을 위하여 표적 신경 자극 임플란트와 체중지원 보조 훈련 도구를 사용하여 척수 기능을 복원하고 SCI 환자의 재활을 개선하는 치료법을 개발중이다. TESS (Targeted Epidural Spinal Stimulation)라 명명된 이 치료법은 2단계 프로세스를 통해 작동한다. 단기적으로, 경막 외 공간에 이식된 16 채널 전극 어레이가 있는 패들 리드에 의해 제공되는 자극은 다리 운동을 조정하는 신경 회로를 다시 깨운다. 신체에 착용한 센서의 실시간 모션 피드백을 사용하여 이러한 자극 펄스의 타이밍이 의도된 움직임과 동기화된다. 장기적으로 재활은 척추의 해부학적 재구성과 부상으로 인한 잔여 신경경로를 촉진한다.