오션스바이오 사업보고서 (2025.12)
1. 사업의 개요

가. 업계의 현황

동사는 의료기기 제조업을 영위하고 있습니다. 의료기기란 사람이나 동물에게 단독 또는 조합하여 사용하는 기구, 기계, 장치, 재료 또는 이와 유사한 제품으로, 보건의료 패러다임의 변화에 따라 지속적인 환자 건강 증진, 환자 맞춤형 진단 및 치료 등 가치 창출 영역이 확대되고 있습니다. 특히, 보건의료 산업의 패러다임이 치료에서 예방과 관리 중심으로 전환되는 가운데, 실시간 수집 및 축적을 통해 확보된 방대한 개인 생체정보를 활용한 예방 중심의 디지털 헬스케어 분야가 의료기기의 새로운 개념으로 도입되고 있습니다.

의료기기산업 분야는 4차 산업혁명을 바탕으로 한 첨단 기술 기반으로 발전하고 있으며, 인구 고령화, 만성질환자의 증가 등에 따라 글로벌 헬스케어의 패러다임이 질병 치료에서 신속한 진단 및 예방, 모니터링으로 변화함에 따라 의료기기 산업의 지속적인 시장 성장가능성도 커지고 있습니다. 또한 선진국 뿐만 아니라 중국, 인도, 브라질 등 후발 공업국의 경제 성장, 소득 증가와 이에 따른 의료서비스 수요 확대 및 의료 개혁 역시 의료기기 시장 확대의 긍정적 요인으로 볼 수 있습니다.

(1) 전자약1) 전자약의 개념 및 분류

전자약(electroceuticals)은 전자(electronic)와 약품(phamaceutical)을 합친 말로, 전기 신호로 조직, 장기, 신경 등을 자극해 치료 효과를 내는 전자기기를 말합니다. 전자약은 사용하는 형태에 따라 체내 삽입형과 비침습형(수술적 치료 없이 사용하는 기술) 전자약으로 구분하며, 자극하는 부위에 따라 뇌 자극 전자약, 근육 자극 전자약 등으로 구분하고, 자극원에 따라 전기자극 전자약, 자기자극 전자약, 열자극 전자약, 광자극 전자약, 초음파 자극 전자약으로 구분합니다.

2) 전자약의 특징

전자약의 특징은 먼저 치료 부위에 생물학적, 화학적 활성 성분을 사용하지 않아서 부작용의 발생 확률이 낮고, 시간과 주기 조절이 가능한 물리적 자극을 사용한다는 특징이 있으며, 기존의 의약품은 전신을 순환하면서 의도치 않는 부작용을 발생시킬 수 있으나 전자약은 특정 부위, 표적 장기에 제한적으로 효과가 있습니다. 두 번째 특징은 기존 의약품의 치료 효과와 동일하고 병리학적 과정의 예방, 경감, 치료가 가능하다는 점이 있습니다. 전자약은 환자 증상의 실시간 변화를 감지하고 그에 따라 치료 자극을 달리할 수 있기 때문에 개인 맞춤형 치료로 발전이 가능하며 증상에 대한 데이터를 원격으로 모니터링하기에 유용합니다. 한편, 의료기기와 차별화되어 치료 효과를 유도하는 작용 메커니즘에 대한 규명이 필요하며 동물시험을 통한 안전성 평가와 인체 임상 시험을 통한 임상적 효능과 효과의 규명이 반드시 필요합니다.

3) 국내 기업의 전자약 연구동향4) 해외 기업의 전자약 연구동향

① 뇌전증 전자약

뇌전증은 뇌의 전기적 활동에 이상이 생겨 반복적으로 발작이 일어나는 만성적인 신경계 질환입니다. 이는 뇌의 다양한 부위에서 비정상적인 전기 신호가 발생함으로써 나타나며, 이러한 비정상적인 전기 활동이 뇌전증 발작을 유발합니다. 발작의 형태와 강도는 사람마다 다르며, 경미한 주의 산만에서부터 심각한 근육 경련에 이르기까지 다양합니다.

뇌전증의 원인은 매우 다양하며, 뇌 손상, 유전적 요인, 뇌종양, 뇌염, 뇌경색과 같은 뇌의 질병, 그리고 명확히 알려지지 않은 경우도 많습니다. 진단은 주로 환자의 의료력, 발작에 대한 목격자의 설명, 그리고 뇌파검사(EEG) 등을 통해 이루어집니다. 이 외에도 MRI나 CT 스캔을 통해 뇌의 구조적 문제를 확인할 수 있습니다.

뇌전증의 기존 치료는 주로 약물 치료를 통해 발작을 통제하는 것에 초점이 맞춰져 있습니다. 대부분의 환자들은 약물 치료를 통해 발작을 성공적으로 관리할 수 있지만, 약물에 반응하지 않는 환자들도 있습니다. 이러한 환자들에게는 뇌 수술, 신경 자극기 같은 장치의 이식, 특정 식이요법 등 다른 치료 방법이 의사의 처방에 따라 고려 될 수 있습니다.

뇌전증은 단순히 발작을 넘어 환자의 삶의 질에 심각한 영향을 미칠 수 있는 질환입니다. 따라서 질병의 관리와 치료는 발작의 통제뿐만 아니라 환자의 전반적인 건강과 삶의 질을 향상시키는 방향으로 이루어져야 합니다. 인체삽입형 전자약과 같은 혁신적인 기술의 발전은 뇌전증 치료 분야에서 중요한 진전을 나타내며, 많은 환자들에게 더 나은 미래를 제공할 가능성을 열어주고 있습니다.

- 국내 동향우리나라는 인구 고령화와 생활 습관의 변화 등으로 인해 뇌전증 질환의 유병률과 발병률은 점점 증가하고 있으며, 10년 사이에 2배 이상 급증한 질환으로 평가받고 있어 이 추세는 앞으로도 계속 심화될 것으로 전망되고 있습니다.

2005년 1월 경 Cyberonics社의 Demipulse와 LivaNova의 VNS Theraphy가 최초의 보험수가로 책정되었습니다. 현재 국내 VNS 가격은 약 1,350만원, 수술 및 입원비를 포함하면 대략 1,600만원정도로 높은 편이나, 이 중 의료보험 요양급여, 본인부담상한제, 희귀난치질환 등록 제도를 통해 약 80~90%까지 공제 받을 수 있어 환자의 부담을 많이 덜어주고 있습니다. 하지만 모든 종류의 이식형 전자약은 거의 대부분 수입에 의존하고 있어 국가 부담이 큰 상황입니다.

측두엽절제술, 엽절제술, 뇌량절제술 등 뇌전증수술은 국내 연간 200~240건이 시행되고 있으며, 2010년부터 현재까지 뇌전증수술의 시행건수는 점차 감소하는 추세이고, 반대로 미주신경자극술은 점차 증가하는 추세입니다. 이는 최근 삼차원 뇌파검사(stereo EEG)와 같은 수술전 평가검사기법이 발전함에 따라 뇌전증수술의 금기증에 해당하는 환자들이 더 많이 밝혀지기 때문으로 생각됩니다. 향후 뇌절제술을 이용한 침습적 방법보다 미주신경자극술과 같은 신경자극술(neuromodulation)의 시행은 앞으로 급격히 증가할 것으로 예상됩니다.

국내에는 매년 약 30억원 이상의 전자약 수입이 이뤄지고 있습니다. 이는 유일한 뇌전증 VNS의 국내 유통사인 동산히어링의 영업실적을 통해 유추해 볼 수 있었으며, 점차 증가하고 있습니다.우리나라에서 상기 전자약 시술이 가능한 병원은 총 26곳으로 대표적으로 서울대병원, 삼성서울병원, 고대구로병원, 신촌세브란스, 아주대학교 동산의료원 등이 있습니다. 대표적으로 신경외과, 이비인후과, 소아신경외과 등에 가장 많은 의료진이 포진해 있으며 국내 시술이 가능한 의사는 약 50 여명 내외로 알려져 있습니다. (뇌전증지원센터. www.nec5775.or.kr)

전자약은 2029년까지 약 60조원이상 3배 이상 급부상하는 시장으로 평가받고 있으며, 기술 수명주기(TCT)는 8.74년 정도로 예측되고 있습니다. 하지만 우리나라의 경우 아직까지 전자약의 도입기로 여겨지며 기술경쟁력에서 최고기술국(미국) 대비 2.8년 정도 늦어진 것으로 평가받고 있습니다. 그럼에도 전기전자, SW, IoT, 무선통신, 임상연구역량 등에서 미국과 비슷한 수준을 보유하고 있어 큰 격차가 나지 않는 것이고 해당 산업에 우위를 점하기 위해서는 환자 맞춤형 전자약 기술, 높은 임상적 유효성을 보이는 차별성 있는 자극 프로토콜 및 최적화된 SW, 다양한 IoT 기술이 필요하다고 예측되고 있습니다.(기술로드맵. 중기부. 2022).

- 해외 동향

뇌전증 인체삽입형 전자약은 LivaNova가 유일하며, 97년도에 처음 FDA를 받아 약 25년간 SCI임상논문 74편(3,321명), 2020년 시술환자 15만명대에 진입하면서 심각한 FDA 부작용보고서 한편 나오지 않은 굉장히 효과가 좋고 안전한 시술법으로 자리 잡았습니다.상당히 오랜기간 인체삽입형 뇌전증 전자약 기업으로써 LivaNova의 펄스 원천 특허가 2025년 1월 및 12월에 만료가 예정 되어 있습니다. 이에 디바이스 시밀러를 만들 수 있는 상황이 되었습니다.LivaNova社의 VNS는 1차 전지로 이뤄져 있고, 2021년 NANS학회(North America Neuromodulation Society) 질의응답과정에서 뇌전증 VNS의 2차전지 배터리 관련 개선/변경 계획이 없다고 밝힌 바 있습니다. 이유는 LivaNova는 연간 평균 3조원 정도의 매출을 내는데 여기서 많은 포션을 가지고 있는 수익원인 페이스메이커를 포함한 다른 심폐질환 치료 전자약의 수익이 최근 급감하여 약 5천억원 대의 매출(전체의 약25%)을 가지고 있는 VNS에 신경쓰기 어렵다는 것이 의견이었습니다. 또한 Cyberonics를 인수할때 2015년에 약 3조원을 썼기 때문에 아직 BEP를 넘기 전이므로 더욱 추가 자금을 투입하기 어려운 상황으로 분석되고 있습니다.다만 아직 신경조절 시장에서의 LivaNova의 위치는 아직 견고하다고 평가받고 있어 자체 개발보다는 M 전략이나 라이센스아웃과 같은 오픈이노베이션 전략을 쓸 확률이 높으며, 2012년도에 이미 2차전지를 이용한 전자약을 개발한 Neurotech를 인수 하였으며, 지속적으로 오픈이노베이션 전략을 사용한다고 보고서에 논의되고 있습니다.

○ Cyberonics (現 LivaNova)

- 연매출 1.3조원, 자산 3조원, 영업이익률 30%

- 가장 오래된 뇌전증전자약 의료기기사 2016년 3조원에 M 완료

- 2005년 미FDA허가완료된 Demipulse(現 AspireSR)를 보유

- 총 매출액 중 5천억원이 신경조절 사업부에서 발생

○ Medtronic

- 연매출 20조원, 자산 106조원, 영업이익률 20% 의 글로벌 의료기기사

- 2015년 미FDA허가 완료된 뇌전증치료법 중 하나인 DBS기술로 Activa SC 전자약 보유

- 2014년 Covidien이라는 의료장비 업체를 45조원에 인수하였으며, 2015년에는 전자약 회사인 Advanced Uro-Solution을 인수(Market and Markets 2016)

○ St. Jude Medical (現 Abbott)

- 연매출35조, 자산 900조원, 영업이익률 8%

- Abbott는 전자약 시장에 뛰어들기 위해 2016년 30조원에 St. Jude Medical을 인수

- St. Jude Medical은 매출은 약 6조 이상으로 2016년 만성통증을 치료하는 Infinity(SCS), mini-Eon 등이 FDA 승인(Market and Markets 2016)

○ Cerbomed

- 비침습적인 VNS기술인 tVNS를 이용, 유럽내 1,700명 이상에 시술

- 아직 FDA는 없으나 CE를 통해 유럽 매출을 내고 있음

② 우울증 관련 전자약

우울증 전자약은 대부분 전기경력 치료와 자기경력치료로 나눌 수 있는데, 전기경력의 대표적인 모델은 tDCS와 자기경력치료는 TMS로 많이 소개되고 있습니다.tDCS는 두피를 통해 약한 전기 자극을 제공하여 뇌 기능을 조절하는 비침습적 뇌 자극 기술입니다. 일반적으로 두 개의 전극이 사용되며, 한 전극은 목표 뇌 영역에, 다른 전극은 두피의 다른 위치에 부착됩니다. 사용된 전류의 극성에 따라 뇌 영역의 신경 활성이 조절되며, 양극은 활성을 증가시키고 음극은 감소시킵니다.

tDCS의 효과는 사용된 전류의 극성에 따라 달라지는데, 양극(anodal) tDCS는 대상 뇌 영역의 신경 활성을 증가시키는 반면, 음극(cathodal) tDCS는 활성을 감소시키는 역할을 합니다. 우울증 치료에 있어 tDCS는 뇌의 전두엽 부위를 타깃으로 하여 기분조절에 관여하는 뇌 회로의 활성도를 조절함으로써 우울 증상을 완화할 수 있습니다.TMS는 경두개자기자극(Transcranial Magnetic Stimulation, TMS)으로 불리며, 비침습적인 뇌 자극 기술로 뇌의 특정 부위에 자기장을 이용해 전기적 활성을 유발합니다. TMS는 우울증 치료에서 유망한 치료법으로 연구되고 있으며, 다른 신경정신 질환의 치료에도 적용되고 있습니다.

TMS는 코일을 사용해 두피 위에서 강한 자기장을 생성하며, 이 자기장은 두피와 두개골을 통과해 뇌 조직에 전기적 자극을 유발합니다. 이 과정에서 특정 뇌 영역의 신경 활동이 증가하거나 감소하여 신경 회로의 기능을 조절합니다. TMS의 작동 원리는 아직 완전히 이해되지는 않았지만, 뇌의 특정 부위 자극이 신경 전달 물질의 균형을 재조정하고 뇌 기능을 개선할 수 있다는 가설이 있습니다.

TMS는 주로 치료 저항성 우울증을 가진 환자들에게 사용됩니다. 이는 기존 약물 치료나 심리 치료에 충분한 반응을 보이지 않는 경우 적용되며, 여러 임상 연구와 메타 분석에서 우울증 증상을 개선하는 데 효과적임이 입증되었습니다. 또한, TMS는 기억력이나 인지 기능에 부정적인 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다.

TMS 치료는 일반적으로 몇 주 동안 진행되며, 환자는 주 5일 치료를 받을 수 있습니다. 치료 과정은 비교적 안전하며, 가장 흔한 부작용은 치료 부위의 두통이나 불편감입니다. 다만, 모든 환자에게 적합한 것은 아니며 치료 전 적절한 평가가 필요합니다.

가장 최근에 나타난 자극 방법으로 tVNS가 있으며, 이 중에서도 더 효과적인 자극점을 나타내는 TaVNS 기술 개발이 이루어지고 있습니다. TaVNS는 경피적 외이신경 자극(Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation)으로 불리며, 비침습적 신경 자극 방법 중 하나로 외이신경(귀의 일부 신경)을 통해 부교감 신경계를 자극하여 신체의 여러 기능에 영향을 미칩니다. 이는 전통적인 경피적 경정맥 신경 자극(Vagus Nerve Stimulation, VNS)의 대안으로 간주되며, 귀에 부착된 전극을 사용해 신경 자극을 제공합니다.

TaVNS는 뇌의 신경 전달 물질 균형 불균형을 조정하고 뇌의 기분 조절 영역에 긍정적인 영향을 미칠 가능성을 가지고 있어 우울증 치료에도 임상 연구가 진행되고 있습니다. 부교감 신경계의 활성화는 스트레스 반응을 완화하고 기분을 개선하는 데 기여할 수 있으며, 이는 우울증 치료에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.

선행 연구들은 TaVNS가 뇌파 활동, 특히 기분 조절과 관련된 뇌 영역의 활성화를 증가시키며 스트레스와 관련된 생리적 지표에 긍정적인 변화를 가져올 수 있음을 보여주고 있습니다. TaVNS의 주요 장점 중 하나는 부작용이 비교적 적다는 점입니다. 대부분의 체외형 전자약은 치료 부위에서 경미한 불편감이나 가려움을 유발할 수 있지만, TaVNS는 대체로 일시적인 부작용만을 나타냅니다. 또한, TaVNS는 다른 전자약에 비해 휴대가 간편하고 사용이 쉬워 환자가 어디에서나 자가 관리를 할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

(2) 웰니스1) 웰니스의 개념 및 분류

세계보건기구(WHO)는 '건강'을 질병이 없는 상태를 넘어 신체적, 정신적, 사회적으로 온전한 상태로 정의했습니다. '웰빙(wellbeing)'과 '행복(happiness)', '건강(fitness)'이 합쳐진 '웰니스(wellness)'는 이러한 신체적, 정신적, 사회적 건강이 조화를 이루는 이상적인 상태를 의미합니다. 글로벌웰니스협회(Global Wellness Institute, GWI)는 신체적ㆍ정신적ㆍ영적ㆍ정서적ㆍ사회적ㆍ환경적 영역에서 건강한 삶을 추구하는 적극적인 노력도 웰니스에 포함된다고 정의한 바 있습니다.

건강, 피트니스, 영양, 외모, 수면, 마음 챙김의 여섯 분야로 범위를 넓히고 내용을 구체화한 웰니스는 앞으로 10년 안에 1조5천억 달러 규모의 시장으로 성장할 것으로 전망됐습니다. 코로나 19팬데믹의 영향을 받아 온라인으로 영역을 빠르게 전환했는데, 그 전환이 다양한 서비스와 상품의 개발을 가능하게 도왔습니다.

이 중 건강은 웰니스에서 가장 먼저 떠오르는 카테고리로 약을 통한 건강의 개선, 비타민 복용 등의 보충제는 물론이고, 소비자 개인이 이용하는 의료장비, 건강 수치 모니터 등이 이 범주에 모두 포함됩니다.

2) 웰니스의 특징

코로나19 팬데믹 이후 치유와 일상 회복에 대한 니즈가 커지고, 고된 현실을 잊고 몸과 마음의 건강과 균형을 추구하고자 하는 활발한 노력과 맞물려 먹거리부터 건강식품, 피트니스, 의류, 뷰티, 문화, 관광에 이르기까지 전 세계적으로 다양한 산업에서 웰니스에 대한 관심이 높아졌습니다. 상대적으로 소득이 높고 고령자 비중이 큰 선진국을 중심으로 질병 예방과 맞춤형 건강관리에 대한 수요가 증가함에 따라 첨단 기술과 헬스케어를 융합한 디지털 웰니스를 포함하여 웰니스 산업 전반에서 꾸준한 성장세가 나타나고 있습니다.

3) 웰니스의 국내 동향

국내 웰니스 산업 규모는 2022년 약 1,130억 달러로 세계 9위에 달하며, 특히 1) 운동/헬스케어, 2) 뷰티케어, 3) 영양/식습관, 4) 전통ㆍ보완의학 등의 분야에서 수출 잠재성이 높은 것으로 조사됩니다. 이들 국내 웰니스 산업 상위 4대 분야는 우리나라 전체 웰니스 산업의 약 72%를 차지하고 있습니다.

4) 웰니스의 해외 동향

웰니스가 의료비 절감과 기대수명 증가에 효과가 크다는 연구들이 발표되면서, 선진국을 중심으로 정부와 민간 차원의 노력이 진행 중입니다.

웰니스 프로그램에 1달러 투자했을 때, 의료비용을 3.27달러 절감하는 효과가 있으며(Katherine Baicker et al(2010)), 1인당 연간 웰니스 지출이 약800달러 증가할 때마다 기대수명은 1.26년 증가(GWI(2023), "2023 Global Wellness Economy Monitor”)한다는 연구결과 등이 발표되었으며, 미국, 유럽, 일본 등 선진국들은 의료비 경감과 건강증진을 위해 웰니스 정책을 추진 중(정성희(2015), '만성질환자의 건강관리를 위한 헬스케어서비스 활용과 과제'이고, 기업 차원에서도 웰니스 프로그램을 적극 도입함으로써 직원 복지증진은 물론, 보다 적극적인 직원 건강 관리를 통해 성과향상과 업무수행 원활화를 기대(직장 웰니스 시장은 약500억 달러로 고용주들은 직원의 건강을 개선하기 위한 프로그램, 서비스 및 관련 장비 비용에 투자가 상승 중(GWI, 2023))할 수 있다는 연구 결과가 발표되었습니다.

주요국에서 웰니스에 대한 1인당 지출 금액(2022년 기준)이 의료용품/의료서비스 금액을 초과하고, 그 외 소비(외식/호텔숙박, 의류)를 상회하고 있어 최근 가장 주목받는 소비 산업으로 평가받고 있습니다.

나. 회사의 현황(1) 영업개황 및 사업부문의 구분

동사는 2018년 설립하여 생체 데이터 기반 AI 모델을 활용한 개인 맞춤형 인체삽입형 뇌전증 전자약(iVNS)와 이어폰 형태의 체외 정신질환 치료용 기기(TaVNS)를 주요 사업으로 현재 개발을 진행하고 있습니다. iVNS는 AI 기술을 적용하여 뇌전증 발작 전조증상을 예측, 펄스를 조절하여 필요한 치료를 적시에 제공하여 구동시간을 늘리고(재수술을 위한 교체 주기 감소), 맞춤치료를 통해 관련 비용을 감소시킬 수 있는 기능개선형 인체삽입 뇌전증 치료용 전자약이며, TaVNS는 스트레스 완화, 우울증, 공황장애, 불안장애 및 수면장애 등 다양한 적응증을 대상으로 기존 기기 대비 가볍고 사용이 간편한 제품 형태로 개발하고 있으며, 해당 병증에 대한 탐색임상을 진행하고 있습니다. 현재 회사의 주요 제품인 iVNS와 TaVNS는 연구개발의 단계로, 매출이 발생하고 있지 않은 상태입니다.

1) 뇌전증 치료용 인체삽입형 전자약 (iVNS)

미주신경은 신체의 여러 기관과 뇌를 연결하는 가장 중요한 자율신경으로 구심성(Afferent)과 원심성(Efferent) 신경 섬유를 포함하며, 자율신경계(특히 부교감신경계)의 주요 구성 요소로 작용합니다.

미주신경자극은 미주신경을 따라 고립로핵(Nucleus Tractus Solitarius, NTS), 청반(Locus Coeruleus, LC), 솔기핵(Dorsal Raphe Nucleus, DRN)과 같은 주요 신경 구조를 지나 대뇌피질을 자극하여 신경 안정성을 조절하는데 그 기반이 있습니다.

미주신경자극은 연수(Medulla Oblongata)에 위치한 고립로핵을 자극하는데, 고립로핵은 자율신경계와 중추신경계가 동시에 지나는 곳으로, 자극으로 인해 신경 흥분성과 억제성 간의 균형을 조절, 비정상적인 신경 신호를 완화하고 발작 활동을 억제하는 역할을 합니다. 고립로핵에서 처리된 신호는 뇌간(Pons)에 위치한 청반을 활성화하여 노르에피네프린의 분비를 증가시키는데, 이는 신경망의 과도한 흥분성을 억제하고 뇌전증 발작이 확산되는 것을 제한합니다. 또한, 노르에피네프린은 감정 안정과 인지 기능 개선에도 관여하여 신경계 전반의 안정성을 유지하는 데 도움을 줍니다.

고립로핵에 전달된 신호는 중뇌에 위치한 솔기핵으로도 전달이 되는데, 솔기핵은 세로토닌을 분비하는 뉴런이 밀집한 영역으로 감정 조절과 신경 안정에 중요한 역학을 합니다. 미주신경자극은 솔기핵에서 세로토닌의 분비를 증가시켜, 억제성 신경전달물질(GABA)의 작용을 활성화시켜 신경 흥분성을 억제하고 발작 활동을 줄입니다. 또한, 감정 안정화와 우울증 및 불안증 개선에도 기여를 합니다.

고립로핵, 청반, 솔기핵에 전달된 자극은 시상(thalamus)과 대뇌피질(Cortex)에 전달되어 전반적인 신경망의 안정성과 동기화를 조절하며 발작 확산을 제한합니다.

결론적으로, 미주신경자극은 고립로핵, 청반, 솔기핵을 포함한 신경 경로를 활성화하여 뇌의 흥분성 신호를 억제하고 신경 안정성을 증진하며, 이를 통해 뇌전증 발작, 우울증, 불안장애와 같은 다양한 신경계, 정신건강 질환의 치료에 효과적입니다.

[미주신경자극 활성 경로]

(출처: OceansBio)

미주신경자극기 삽입 수술은 비교적 간단한 과정으로, 겨드랑이 부위를 절개하여 전기 신호 발생기를 피하에 삽입한 뒤 좌측 쇄골 아래 가슴 부위에 고정하고, 목 부위의 미주신경과 전선을 연결합니다. VNS 시술은 왼쪽 쇄골 안쪽 가슴근육 상부에 미주신경을 감싸는 리드(Lead) 선을 설치하는 방식을 사용하며, 시술 과정은 안전하고 효과적입니다. 미주신경 자극술은 약 30분에서 1시간 정도 소요되며, 수술 난이도가 높지 않아 환자는 수술 후 다음날 퇴원할 수 있는 간단하고 안전한 시술로 평가받고 있습니다. 알려진 합병증으로는 쉰 목소리, 기침, 삽입 부위의 불편감 등이 있으며, 이는 약 5~10%의 낮은 비율로 발생하며 대부분 수개월 내에 소실되는 것으로 보고되고 있습니다.

[인체 삽입 후 모습]

미주신경자극술은 여러 장점을 가지고 있는데, 그중 가장 큰 장점은 약물과 달리 몸에서 대사가 이루어지는 기전이 아니라 물리적 자극을 기반으로 작동하기 때문에 약물 내성이 없다는 점입니다. 약물요법은 일부 환자에게 부작용이 발생할 수 있습니다. 졸음, 체중 증가, 인지기능 저하 등의 부작용이 알려져 있으나 미주신경자극술은 이와 같은 부작용으로부터 안전하며, 전자약 삽입술로 인한 부작용은 이물감과 목소리의 변화 등이 알려져 있으나 경미한 경우가 많습니다.

이는 대부분의 전자약이 가진 공통된 특성이며, 디바이스를 장기간 착용할수록 치료 예후가 개선됩니다. 특히 인체삽입형 전자약은 약물을 지속적으로 복용해야 하는 불편함을 없애며, 간접적인 자극법이 아닌 직접적인 자극법을 사용하여 치료 효과가 과학적으로 명확히 나타나는 특징이 있습니다. 이러한 특성을 가진 디바이스는 난치성 및 불치성 질병 치료에 특히 유리합니다. 뇌전증은 평생 약물을 복용해야 하는 대표적인 난치병으로, 어린 시절부터 뇌전증 약물을 복용하는 환자들은 약물 내성이 발생해 50대 이후에는 효과적인 약물이 없어 여생 동안 큰 불편을 겪게 됩니다.

하지만 약물 내성 작용이 없는 전자약은 이러한 문제를 해결할 수 있는 대안으로 고려할 수 있습니다.

두 번째 장점은 다른 전자약과는 다르게 다중 시스템 조절이 가능하다는 점입니다. 미주신경은 신체의 여러 기관(심장, 폐, 소화기계 등)과 직접적으로 연결되어 있어 단일 자극으로 여러 신체 시스템에 영향을 줄 수 있습니다. 이러한 특성은 최근 활발하게 연구되고 있는 장뇌축 분야, 특히 비만 연구에서 뇌와 소화기계에 영향을 미치는 유일한 전자약의 형태입니다.

마지막으로 비침습적 미주신경자극술은 사용성과 안전성이 뛰어납니다. 이어폰 형태로 착용이 가능하여, 다른 비침습적 전자약보다 접근성이 뛰어나며, 자극 대상이 말초신경으로 주요 뇌 구조에 직접적으로 영향을 미치지 않아 부작용 위험이 낮습니다. 또한 국소적인 미주신경 분지를 자극하므로, 주변 조직 손상이나 신경계 과도 자극의 위험이 적습니다.

현재 우리나라에는 약물 불응성 뇌전증 환자가 약 5만 명, 전 세계적으로는 약 2천만 명에 이르는 것으로 추정됩니다. 이들 환자들은 일반 뇌전증 환자보다 항경련제 비용이 약 1.5배 더 소요되며, 다제약물 치료로 인해 약물 내성과 독성을 겪는 경우가 많아 사회적 비용을 크게 증가시키고 있습니다.

뇌전증 환자의 유병률은 최근 10년간 전 세계적으로 3배 이상 증가했으며, 우리나라에서도 발병률이 2배 이상 높아졌습니다. 이는 발작 증세가 과거의 질병으로 끝난 것이 아니라 여전히 빈번히 발생하며, 완치할 수 있는 약물이 존재하지 않기 때문입니다.

미주신경자극술의 효과는 발작 감소율(seizure reduction rate)로 측정됩니다. 시술 후 5년이 지나면 약 60%의 환자에서 발작이 50% 이상 감소하며, 시술 후 10년에는 24.6%의 환자가 발작이 완전히 사라지는 Seizure-free 상태에 도달합니다. 더욱이, 시간이 지남에 따라 치료 효과는 강화되며, 신경조절(neuromodulation) 효과가 발생해 발작 감소율이 증가한다는 사실이 선행 연구들을 통해 밝혀졌습니다.

[VNS시술 후 발작감소율]

물리적 자극을 기반으로 하기에 약물치료 또는 식이요법 등 다른 치료 접근과 병행이 가능하며 일부 환자, 가령 임산부처럼 약물 치료를 원하지 않거나 특정 건강상태로 약물 사용이 제한되는 환자에게도 비약물적이고 장기적인 대안으로 선호되고 있습니다.

또한, 사회적 비용적인 측면에서도 뇌전증 환자들에 대한 다양한 신약을 끊임없이 개발해오고 있음에도 불구하고, 내성환자는 30%대를 꾸준히 유지하고 있어 개발비용(약 1.5조원) 대비 효율성이 크게 떨어지고 있는 반면 전자약은 신약대비 1/10 정도의 임상비용으로 24%의 환자가 seizure free를 경험하고 오래 사용할수록 뇌가소성으로 인한 발작 감소율이 높아지는 효율이 높은 치료방법입니다.

기존에 출시된 인체 삽입형 전자약은 LivaNova의 VNS Therapy가 유일하며, 시장의 약 80%를 독점하고 있습니다. 본래 Cyberonics라는 미국의 전자약 회사가 이탈리아 Sorin 그룹과 약 3조 원 규모로 합병하여 새롭게 설립된 회사로, 원천 기술은 Cyberonics가 보유하고 있습니다.

인체 삽입형 뇌전증 전자약은 크게 기능부(Processor), 제어부(Controller), 에너지원(Energy source)로 구분됩니다. 구체적으로, 미주신경 자극 전자약 전체 시스템은 체내에 이식되는 전기 자극 장치, 전선, 제어 및 충전용 프로그래밍 장치, 그리고 환자용 제어 보조 장치(자석 등)로 구성되어 있습니다.

기존에 LivaNova에서 개발한 전자약은 이미 1997년에 FDA 최초 허가를 받았으며, 한국에서도 2005년에 국내 건강보험 급여가 적용될 정도로 오래전에 허가된 전자약 기술입니다. 지금까지 누적 시술 환자는 약 15만 명으로 추정되며, 관련 임상 논문만 74편이 발표되었습니다. 과거 보고된 임상 사례 수는 3,321명에 이를 정도로 예후와 효과에 대한 데이터가 상당히 잘 축적되어 있습니다. FDA 보고서에 따르면, 심각한 위해도가 있는 사건은 보고되지 않아 매우 안전한 전자약으로 평가받고 있으며, 이에 따라 최근 한국 식약처도 해당 전자약의 등급을 4등급에서 3등급으로 이례적으로 하향 조정하였습니다.

기존 뇌전증 전자약의 문제점은 대부분 일차전지로 이루어져 있어, 배터리가 방전되면 재수술을 해야 하는 번거로움이 있다는 점입니다. 특히 난치질환인 뇌전증은 개개인의 발작 횟수와 강도의 편차가 심하여 배터리 교체 시기에도 큰 차이(약 6개월 ~ 7년)가 있다고 알려져 있습니다. 이는 곧 뇌전증 환자들에게 재수술의 압박과 높은 수술비용이라는 문제점으로 다가옵니다. 외국에서 시행된 한 연구에 따르면, 배터리 교체를 위한 재수술을 1회 시행한 환자는 27%, 2회 시행한 환자는 7%, 3회 시행한 환자는 2%, 4회까지 시행한 환자는 0.2%로 보고되었습니다. 평균적으로 3~5년 정도에서 배터리를 교체해야 하며, 5년에 한 번 배터리 교체 수술을 시행한다고 가정했을 때, 20세에 미주신경자극술을 받은 환자는 이론적으로 평생 9회 이상의 배터리 교체 수술을 받아야 합니다. 같은 부위의 수술이 반복됨에 따라 수술 부위 유착, 흉터 생성 등의 합병증 발생 위험이 높아지며, 수술 난이도와 환자의 고통 역시 증가하게 됩니다.

한국의 경우, 보험수가 적용되므로 대략 1,600만 원의 비용 중 본인부담상한제, 요양급여, 희귀난치질환 등록제도 등을 통해 약 80~90%까지 공제를 받을 수 있어 환자의 부담은 덜하지만, 이러한 비용을 모두 세금으로 충당하고 있어 국가의 부담이 큰 상황입니다.

미국의 경우, 상황이 크게 다릅니다. 주마다 시술 비용의 차이가 있지만, 개인 보험이 없는 경우 수술 비용만 약 4천만 원, 전자약 기계값은 약 1,500만 원으로 구성되어 있습니다. 즉, 5년마다 환자가 보험 없이 약 5천만 원의 비용을 지불해야 하는 상황으로 더 큰 페인 포인트를 가지고 있습니다. 이에 기존 일차전지 뇌전증 전자약을 이차전지로 바꾸고 체외에서 충전할 수 있다면, 재수술의 주기를 늘릴 수 있으며 배터리가 방전되더라도 외부 전력 충전을 통해 전자약을 구동시킬 수 있습니다.

전자약의 수명을 늘리는 것은 범국가적 차원에서 중요한 이슈로, Medtronic, Abbott, Boston Scientific 등과 같은 다른 인체삽입형 전자약 회사들 또한 일차 전지에서 이차전지로 넘어가기 위해 다양한 노력을 기울이고 있습니다. 대표적으로 반도체 공정 개발을 통해 소모 전력을 최소화하고 최적화를 시도하고 있으나, 아직까지 무리한 기능 확장 및 최적화 실패로 매년 1조원 이상의 리콜을 하고 있는 상태입니다. 이는 다양한 생체정보를 얻어 통합 헬스케어를 실증할 수 있는 장점을 포기할 수 없기 때문이며, 즉 인체에 삽입한 전자약을 통해 다양한 정보를 수집해 토탈 환자 케어를 해결하고자 하는 시도가 아직 개발 단계에 머물러 있다고 업계에서는 보고하고 있습니다.

ⓛ 보유하고 있는 요소기술

- 발작전조증상 예측을 위한 생체데이터 기반 AI모델

동사는 상기 문제를 해결하기 위해 생체데이터 기반 AI 모델을 개발하여 개인 맞춤형 뇌전증 전자약을 연구하고 있습니다. 뇌전증 환자의 대다수는 발작 전조 증상이 나타날 때 심박수와 체온이 증가하는데, 이는 비정상적인 전기적 활동이 빠르게 뇌의 다른 부위로 퍼지면서 자율신경계에 영향을 미치기 때문입니다. 이러한 전기적 활동은 심박수를 증가시키고, 발작 중 뇌의 특정 부위가 과도하게 활성화되어 자율신경계 기능이 무너지면서 근육의 강한 수축과 신체 에너지 소모를 증가시켜 체온 상승을 유발합니다. 이러한 과정은 특히 전신성 강직-간대성 발작(대발작)에서 두드러지게 나타납니다. 또한, 발작 중 자율신경계의 활성화는 체온 조절 메커니즘에도 영향을 미칠 수 있습니다. 교감신경계의 활성화는 신체의 열 생성을 촉진하고 열 손실을 감소시켜 발작 중 또는 발작 후 체온의 일시적인 증가를 유발할 수 있습니다.

뇌파(EEG)를 통해 발작을 상당히 정확히 예측할 수 있지만, 전자약 모듈을 머리에 이식하는 것은 매우 위험한 시술로 간주됩니다. 이에 동사는 심박수와 체온이라는 두 가지 실시간 생체 데이터를 활용하여 뇌전증의 전조 증상을 예측하는 AI 모델을 연구하였습니다.

이 AI 모델은 인체 삽입형 전자약의 주요 단점 중 하나인 배터리 수명을 획기적으로 늘릴 수 있는 가능성을 제공합니다. 기존 전자약은 24시간 동안 설정된 펄스 값을 무한 반복하는 매뉴얼 방식으로 작동하며, 이는 환자의 발작 빈도와 강도에 따라 매우 비효율적인 배터리 소모를 초래합니다. 뇌전증은 환자마다 발작 빈도가 크게 차이나는 질병으로, 하루에 100번 발작을 하는 환자와 하루 1번 발작하는 환자가 존재하므로 개인 맞춤형 치료가 필수적입니다. 그러나 모든 환자에게 동일한 펄스를 무한 반복하면 불필요한 배터리 소모가 발생합니다. 발작 증세는 한 번 나타나면 이후 안정기에 접어드는 경향이 있습니다. AI 모델을 통해 발작을 미리 예측하고 필요한 시점에만 펄스를 조절하여 큰 발작 없이 상황을 넘기고, 이후 안정기에는 대기전력으로 작동한다면 제한된 배터리 용량을 효율적으로 사용할 수 있습니다.

- 동사는 현재 2개의 AI활용 예측모델을 개발하여 보유하고 있으며, 기본적으로 뇌전증 발작은, 다음과 같은 단계로 나타납니다.

√ Preictal (발작 전에 발생하는 단계로 발작이 시작되기 전의 시간 동안을 가리킵니다. 이 단계에서는 종종 발작의 예비 증상이 나타날 수 있으며, 발작을 예측하는 AI 모델은 보통 이 단계에서 나타나는 증상 특징으로 합니다.)√ Ictal (실제 발작이 발생하는 단계입니다.)

√ Postictal (발작이 끝난 후에 나타나는 단계로, 뇌가 발작 후 정상적인 상태로 회복되는 과정입니다.),

√Interictal (발작 사이의 기간을 가리키며, 뇌전증 환자들의 대부분의 시간을 차지하고 환자가 일상 활동을 수행하는 기간입니다.)

* AI 기반 발작 예측 모델은 preictal 단계에서의 특징을 훈련 시켜, 발작 단계인 Ictal로 가기 전에 이 단계에서 자극을 전달하여 발작을 예방합니다.

ⓛ-1. EEG(뇌파) 데이터 기반의 전조증상 예측

첫 번째 개발된 AI 예측모델은 EEG(뇌파) 데이터를 사용해서 뇌전증의 전조 증상을 예측합니다. 실시간으로 측정되는 EEG 데이터는 잡음이 심하게 끼어 있어, 잡음제거 과정인 전처리 과정을 어떤 방식으로 수행하느냐가 매우 중요합니다. 이 과정에서 AI 모델인 CNN(Convolutional Neural Networks)이 포함된 오션스바이오의 전처리 기술이 사용됩니다.

전처리 과정이 끝나고 나면, 뇌의 활동을 나타내는 지표를 추출하는데, 이 지표의 수는 분석 기법에 따라 달라집니다. 동사는 대략 200,000개의 지표를 추출하였습니다. 뇌전증의 전조증상을 가장 유의미하게 나타낼 지표를 선택하기 이전에, 훈련과 테스트를 할 데이터셋을 분류하고 보통 전체 데이터의 70%를 훈련용으로, 30%는 테스트용으로 분류하였습니다. 동사의 인공지능 엔진(GAN, SVM, Cluster Analysis)을 이용하여 뇌전증의 전조 증상을 가장 유의미하게 나타낼 지표를 추출하였습니다.

AI 모델을 훈련한 결과 Spikes number와 delta Envelope가 뇌전증의 전조 증상을 보이는 구간인 Preictal의 EEG 특징을 나타내는데 있어서 가장 유의미하며, 이 두개의 특징을 사용하여 뇌전증의 증상을 예측하였습니다.

①-2. EEG(뇌파, 뇌전도)+ECG(심전도) 데이터 기반의 전조증상 예측

두 번째 개발된 AI 예측모델은, 첫 번째 모델이 EEG만을 사용했다면, EEG와 ECG 데이터 두 개를 모두 사용하였습니다. EEG 데이터 분석은 첫 번째 모델의 분석 방법과 동일하며, ECG 데이터 분석의 과정도 EEG 데이터 분석과 유사합니다. 단, 실시간 ECG 데이터의 전처리(잡음제거)를 해주었고, ECG 데이터를 기반으로 HRV(heart rate variability, 심박변이도)를 계산하였습니다. EEG 데이터에서 추출한 지표 중에서 뇌전증의 전조 증상을 가장 잘 나타내는 지표를 유의미한 순서대로 나열하고, 동일하게 HRV의 지표도 나열하였습니다.

EEG의 지표와 HRV의 지표중에서 뇌전증의 전조증상을 잘 나타내면서 상관관계가 높은 지표를 추출하였습니다. EEG 지표인 Delta-Envelope와 HRV 지표인 HRV-LF가 거의 1에 가까운 상관관계를 나타냈습니다. HRV-LF만 사용하여 뇌전증 전조 증상을 예측했을 경우 정확도 82%(민감도 83%, 특이도 80%)로 EEG에 비해 상대적으로 높지 않습니다. 하지만 HRV-LF만 사용해서 AI 모델을 분석했을 때는 놓쳤던 뇌전증 전조증상이 EEG 지표인 Delta-Envelope를 사용해서 AI 모델을 분석했을 때는 정확도 90%(민감도 93%, 특이도 85%)로 많은 부분 개선이 되었습니다. 이 특징을 사용하여 HRV-LF 모델을 강화 학습시킵니다. 이렇게 훈련된 HRV-LF 기반 AI 모델의 성능은 이전 HRV-LF 모델보다 향상됨을 확인하였습니다.

하단의 표와 같이 LivaNova의 최신 연구성과 대비해서도 11.1% 이상의 배터리 효율 우월성을 보여줍니다.

② 보유하고 있는 요소기술 : 인체삽입형 전자약 H/W 기능구현

동사는 인체 삽입형 뇌전증 전자약의 시제품을 완성하였습니다. 시제품은 인체 삽입형 전자약에 적합한 생체적합성 소재인 티타늄과 실리콘을 주로 사용하였으며, FDA에서 허용된 소재, 부품, 배터리만을 사용하여 삽입형 전자약의 프로토콜을 엄격히 준수하여 제작되었습니다. 또한, 2차전지 충전이 가능하도록 설계되었습니다.

생체적합 소재를 사용한 덕분에, DT CRO를 통해 30일간 토끼에 피내 삽입 실험을 진행한 결과, 특별한 염증 반응 없이 깨끗한 조직 부검 결과를 얻을 수 있었습니다. 이는 시제품의 생체적합성과 안전성을 실증하는 데 중요한 데이터를 제공하였습니다.

동사의 시제품은 펄스 생성 기능, 무선 통신 기능, 무선 충전 기능, 제어 기능에 적합한 회로를 개발하였으며, 경쟁사인 LivaNova와 동일한 펄스 파형을 구현하였습니다. 초기 버전에서는 소모 전력이 경쟁사 제품에 크게 미치지 못했으나, 최근 V4 버전에서는 이를 상당 부분 개선하였습니다.

현재 동사는 V5 개발을 위해 커머셜화된 기성 반도체를 도입하여 최적화를 시도하고 있습니다. 해당 제품은 펄스 생성, 무선 송수신, 전력 전송, 제어 기능을 모두 포함한 반도체(Intan Tech RHS2116 Stim/Amplifier Chip 또는 Cirter Medical CSI040 Neuro-Stim Chip)를 사용하여 소모 전력을 효과적으로 해결할 수 있을 것으로 기대됩니다. 1회 4시간 충전으로 약 20일간 사용이 가능하도록 설계되어, 기존 전자약의 1주일 1회 충전 주기와 비교해 사용성이 크게 향상될 것으로 예상됩니다.

또한, 동사는 신경 자극술 전자약의 데이터 및 조작 송수신(통신) 기술을 구현하기 위해 약 3억 원 규모의 국가 R 과제를 수행하였습니다. 이식형 전자약의 경우 흉강 내 통신 신호 감쇠가 심하여 기존 산업용 무선 통신 기술로는 신뢰성 있는 신호 전달이 어려웠으나, 이를 최적화하여 통신 전파의 출력과 세기가 전자파 적합성 등 관련 규격을 준수하도록 개발하였습니다. ISM(블루투스) 대역의 비면허 주파수를 활용해 범용성을 높이고, 인체에 의한 통신 감쇠 효과를 최소화한 이식형 의료기기용 통신 시스템을 설계 및 실증하였습니다. 이를 위해 송신 안테나 이득을 최대화할 수 있는 조향 가능한(steerable) 위상 배열 안테나 트랜시버를 개발하고, 이식에 적합한 수신 안테나를 설계하여 전자약에 적용하였습니다. 또한, 신호 강도 변화에 대응할 수 있는 안테나 제어용 저전력 스마트 프로토콜을 개발하였고, 돼지에 삽입하여 전자약 시스템과의 연결을 통해 통신 감쇠 효과가 없는지 확인한 결과, 6m 거리까지 감쇠 효과 없이 통신이 이루어지는 것을 확인하였습니다. 이를 통해 인체 삽입 시에도 주파수 대역 문제가 없음을 입증하였습니다. 추가로 국가 R 과제를 통해 무선 충전 모듈의 발열 특성 모니터링, 충전 효율 개선, 충전 거리 및 매질 특성을 고려한 최적화 연구를 수행하여 무선 충전 효율을 높였으며, 모든 문제가 해소되었음을 확인하였습니다.

동사는 서울삼성병원 손영민 교수 연구팀과 협력하여 전임상시험 설계를 완료하였습니다. 삼성병원은 GLP 전임상센터를 운영하고 있어 FDA 허가 요건에 적합하며, 동물실험은 비글을 활용하여 발작 유도 모델과 일반 모델 간의 비교로 진행됩니다. 비글을 사용하는 이유는 경쟁사인 LivaNova의 대다수 연구가 비글을 대상으로 수행되었기 때문이기도 하지만, 삼성서울병원에는 국내에 단 1대만 보유된 3차원 뇌정위 기반 심부전극 삽입 플랫폼이 구축되어 있어 실시간 뇌파 측정이 가능하며, 동물 모델의 뇌전증 변화를 효과적으로 분석할 수 있기 때문입니다.

비글 실험에서 가장 중요한 부분은 뇌전증 비글 모델을 만드는 것입니다. PTZ와 같은 발작 유도 물질을 비글에 주입하여 인위적으로 발작 모델을 만들고, 휴지 뇌파 신호와 자극 시 뇌파 신호를 기록합니다. 이를 통해 장기간(2~3개월) 동안 뇌파를 측정하며 기기의 안전성과 예후를 FDA 가이드라인에 맞춰 데이터를 생성할 수 있습니다

비글 실험은 탐색 임상시험을 위한 기초 데이터를 제공하며, 전임상시험의 설계가 정교해야 합니다. 예를 들어, 뇌전증 약물과 전자약 간의 비교군을 설정하고, 약물을 지속적으로 주입하여 내성을 유발한 후 전자약과 비교하는 방식이 필요합니다. 가장 중요한 비교는 내성 비글의 약물 치료와 내성 비글의 전자약 치료 간의 비교이지만, 이러한 단계에 도달하기 전에 안전성을 먼저 확인하고 단계별로 모델을 구축하며, 전체 타임라인에 맞춘 비교 설계가 이루어집니다. 이는 기존 전자약이 이미 임상적으로 잘 구축되어 있는 상황에서 FDA가 본질적 동등성을 평가하기 위해 동물시험 데이터를 면밀히 검토하기 때문입니다.

최초 비교는 일반 비글 모델 3마리에 전자약을 시술하여 몇 달 동안 큰 문제가 없는지 테스트하는 것으로 시작됩니다. 이후, 일반 비글과 인위적으로 뇌전증을 유도한 모델의 뇌파 형성 특성을 분석하여 뇌파 및 LFP 측정 비임상시험 추진 체계를 확립합니다. 다음 단계로, 뇌전증 비글 모델을 만들고 약물과 전자약을 비교하여 뇌파가 얼마나 빠르게 안정되는지 분석합니다. 이를 통해 약물 대비 전자약의 효과와 유효성을 비교하고, 최종적으로 약물 내성 모델에서 약물과 전자약의 효과를 분석하여 펄스 프로토콜을 확립합니다.

동사는 LivaNova의 펄스 프로토콜을 차용하기 때문에 예후가 나빠질 가능성은 낮습니다. 다만, 더 정밀한 기기를 활용하여 세밀한 펄스 프로토콜을 실증하고, LivaNova의 프로토콜 범위 내에서 전임상 실험을 수행할 계획입니다. 참고로, LivaNova의 펄스 프로토콜 원천 특허는 2025년 1월 및 12월에 만료될 예정입니다.

뇌전증 전자약의 임상적 유효성은 이미 선행 연구를 통해 잘 입증된 사실입니다. 동사는 FDA의 510K(본질적 동등성) 요건에 대해 작동 방법, 작용 기전, 작동 원리가 경쟁사인 LivaNova와 크게 다르지 않으며, 추가로 1) AI 예측 기술, 2) 1차 전지를 2차 전지로 변경한 부가기능 개선이 포함된 제품으로 FDA 허가가 비교적 용이할 것으로 판단됩니다.

실제로, 2010년 네덜란드 겐트 대학병원과 Neurotech의 파일럿 연구(ADNS-300)에서 이차전지를 이용한 미주신경자극기가 개발된 사례가 있습니다. 이 연구는 단 4명의 난치성 뇌전증 환자를 대상으로 임상시험을 진행하여 CE 인증을 획득한 바 있습니다. 이후, Neurotech는 FDA 통과 직후 LivaNova에 인수되었으며, 해당 기술이 상용화된 제품으로 출시되지는 않았습니다. Neurotech는 경피 충전 방식(transcutaneous recharging)을 이용하여 주 2회, 2시간씩 충전하는 형태로 설계했으며, 임상시험 결과 충전 중 불편감 없이 안전하게 충전이 가능하다는 점을 확인해 허가를 받았습니다. 이는 이차전지를 기반으로 한 미주신경자극기의 개발 가능성을 보여주는 선례로, 동사의 제품 개발에 긍정적인 참고 사례로 작용할 수 있습니다.

③ 보유하고 있는 요소기술 : 에너지 하베스팅

동사는 인체 삽입형 전자약 전용 에너지 하베스팅 기술을 보유하고 있습니다. 에너지 하베스팅이란 물리적인 자극으로 발생하는 마찰력인 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 전자약에 보조 충전을 지원함으로써 배터리 소모를 줄이는 기술입니다. 이와 관련하여 동사는 국가 R 자금을 통해 2년간 약 8억 원을 투자한 연구 결과물을 보유하고 있습니다. 이러한 연구를 바탕으로 전자약과 하베스터를 결합하여 새로운 에너지 소스를 가진 전자약을 개발하고자 하였고, 돼지 심장을 활용한 모델을 통해 실증 실험을 진행한 결과, 해당 방식으로 충전이 가능함을 확인하였습니다. 그러나 FDA 심사 과정에서 임상시험 승인이 어렵다는 답변을 들었으며, 두 가지 이유를 전달받았습니다.

FDA는 첫 번째 이유로 심장에 특정 물질을 삽입하는 방식은 연구윤리 및 생체적합 소재 여부와 관계없이 승인이 어렵다고 판단하였습니다. 현재까지 심장 근처에 특정 물질을 삽입하여 승인된 사례가 없으며, 관련 가이드라인도 부재한 상황입니다. FDA의 승인을 받기 위해서는 다수의 동물실험과 SCI 논문을 통한 과학적이고 체계적인 검증이 필요하며, 전임상에서 유의미한 결과를 도출하더라도 이를 허용할 임상병원을 찾는 데 어려움이 있을 것이라는 의견을 제시하였습니다.

두 번째 이유로는 새로운 기술에 대한 제조 공정 검증에 대한 문제입니다. 임상시험을 위해서는 FDA에서 제공하는 품질 공정 가이드라인을 따라야 하는데, 새로운 기술을 사용하는 경우, 기존 제조 공정을 수정하거나 새로 개발해야 합니다. FDA는 이 과정의 안정성과 재현성을 검증해야 하는데, 이 과정에서 결함, 오염, 변동성은 물론 완제품까지의 추적 가능성을 보장하는 프로세스를 정립하고, 장기적인 데이터를 축적하는데 수년간의 시간이 걸릴 것이라고 판단했습니다.

이에 따라 동사는 전자약의 앞판에 생체적합 소재를 사용하여 하베스터를 부착하고, 인체 외부에서 손가락으로 탭을 하여 순간적으로 전력을 얻어 충전할 수 있는 모듈을 개발하였습니다. 이 방식은 FDA로부터 허용 가능한 수준이라는 답변을 확보하였습니다.

2) 스트레스, 우울증 등 질환 치료용 체외형 전자약 (TaVNS)

동사는 인체 삽입형 뇌전증용 전자약뿐만 아니라 체외형 기기도 개발 중에 있으며, 해당 기기의 적응증으로는 스트레스, 우울증, 공황장애 및 불안장애 등이 있습니다. 이 기기는 기존 기기에 비해 가볍고 사용이 간편한 형태로 개발을 완료하였으며, 일부 적응증에 대해 탐색임상을 진행하고 있습니다.

동사의 TaVNS는 기존의 펄스 프로토콜을 활용하고 있으며, 기전의 증명과 효과성 측면에서 유의미한 결과를 보이고 있습니다. 현재 실제 시장에서는 tDCS 기반 제품들이 개발되고 있으나, 이러한 제품들은 휴대성이 부족하고 가격 경쟁력을 확보하기 어려운 실정입니다. 동사의 제품은 이러한 기존 tDCS 제품들과 비교하여 용도에서 차별성을 보유하고 있습니다.

(2) 사업화 방향

1) AI 펄스 제어기술이 탑재된 인체삽입형 뇌전증 치료용 전자약

① 국내시장 : B2H 비즈니스

이식형 전자약을 시술할 수 있는 국내 병원은 총 19곳으로 확인되며, 현재 관련 제품은 전량 수입에 의존하고 있습니다. 만약 동사의 제품이 FDA 승인을 받는다면 국내 최초로 제조 허가를 획득하는 사례가 될 것입니다.

연간 VNS 시술 건수는 2010년 20건에서 최근 100건 이상으로 증가하였으나, 국내 연매출 규모는 약 30억원(대당 약 1,350만 원) 수준으로, 아직 시장이 본격적으로 형성되지 않은 초기 단계입니다. 이에 따라 우리나라 주요 병원과의 임상 연구는 판매 목적보다는 글로벌 비즈니스를 위한 레퍼런스 확보 차원입니다. FDA 승인 이후에는 한국 식약처의 품목허가를 통해 수입 대체 효과를 기대하는 모델을 계획하고 있습니다.

동사는 다양한 탐색 임상 연구를 국내에서 진행하여 FDA 확증 임상에 소요되는 비용을 최소화하고 있습니다. 현재 국내에서 가장 많은 VNS 및 DBS 시술이 이루어지는 서울삼성병원과 전임상 시험을 진행 중이며, 서울대학교병원, 서울성모병원, 경상의대와 공동으로 임상 연구를 수행하고 있습니다. 특히, 전임상 및 임상 시험 결과의 과학적 신뢰성을 높이기 위해 SCI 논문의 질 향상에 주력하고 있습니다. 이를 통해 FDA 제출에 적합한 수준의 논문을 출판하며, PAREXEL 등 미국의 임상 파트너를 설득할 수 있는 기초 자료로 활용하고 있습니다. 동사는 FDA 승인을 기반으로 국내 시장에 진출할 계획을 세우고 있으며, 2차전지 기반 뇌전증 전자약을 시작으로 AI를 탑재한 뇌전증 전자약, AI 기반 통증 조기 예측 SaMD, AI 기반 심장 건강 조기 예측 SaMD의 순서로 내수 시장 진출을 진행할 예정입니다.

② 해외시장 : 북미시장

뇌전증 인체삽입형 VNS 시장은 연간 약 6천억 원 규모의 글로벌 시장을 형성하고 있으며, 연평균 성장률(CAGR)이 12.5%로 가파르게 성장하고 있는 산업입니다. 이는 뇌전증이 대표적인 난치병으로 사람마다 발작의 횟수와 강도가 매우 다르고, 약물 내성 편차가 심하며, 최근 10년 동안 유병률이 3배 이상, 발병률이 2배 이상 증가한 병증이기 때문입니다.

동사는 북미 시장을 주요 타겟으로 설정하고 있으며, 북미는 삽입형 전자약의 약 60%가 집중된 지역입니다. 동사는 2026년까지 FDA 품목허가를 완료하는 것을 목표로 하고 있습니다.

2차전지 기반 뇌전증 전자약은 아직 실용화된 사례가 없으며, 국내에서도 인체삽입형 전자약에 대한 허가 사례가 없습니다. 상기 전자약의 비즈니스 형태는 ODM으로, 동사가 FDA 승인을 받은 뒤 글로벌 의료기기 회사(Medtronic, Abbott, Boston Scientific 등)의 브랜드로 시장에 조기 진출하는 전략을 모색하고 있습니다. 이는 동사의 낮은 인지도와 미국 의료 사고에 대한 보험 지불 능력을 보완하며, 이미 체계화된 유통 구조에 빠르게 진입하여 이익 실현이 가능하게 합니다. 통상 소비자 가격의 1525% 정도의 마진을 얻을 수 있으나, 동사의 전자약은 기존 제품 대비 23배의 사용기한을 늘려주기 때문에 이에 대한 가치가 포함되어 대당 약 4,000만 원까지 소비자 가격을 형성할 수 있습니다. 이를 통해 자사는 대당 약 800~1,200만 원의 예상 매출을 기대하며, 영업이익률은 30%에 이를 것으로 보고 있습니다. 또한, 동사는 한국에서 AI 기능이 탑재된 삽입형 전자약을 대상으로 비글을 활용한 전임상 실증을 진행하며, 글로벌 의료기기 회사가 보유한 전자약 라인에 품목을 추가하는 역할을 통해 펌웨어 카피당 매출을 올리는 SaMD 모델을 구성하고 있습니다. 자사는 지속적으로 병증을 추가하여 다양한 AI 모델을 개발하고, 공동 임상 연구를 통해 최종적으로 글로벌 의료기기 회사에 라이선스 아웃(L/O)하는 것을 목표로 하고 있습니다.