빛이 상처가 더 빨리 낫는 데 도움이 될 수 있을까? 통증을 완화할 수 있을까? 시력 상실을 예방할 수 있을까?

수십 년에 걸친 연구(NASA가 자금을 지원한 광범위한 연구 포함)에서 그럴 수 있다는 사실이 지적되었지만, 늘어나는 증거가 이처럼 놀라운 발견에 대한 관심을 끌지는 못했습니다.

이는 그 이면에 있는 과학이 제대로 이해되지 않았기 때문일 수 있습니다. 예를 들어, 덴마크의 한 의사가 1903년에 집중된 적색광에 노출되면 상처가 빨리 치유된다는 사실을 발견하여 노벨상을 받았지만, 왜 효과가 있는지 이해하지 못한 채 이를 실행에 옮기기를 꺼렸습니다.

하지만 수용을 가로막는 더 큰 장벽은 아마도 그저 믿기지 않는다는 점일 것입니다.

저출력 레이저 광선의 건강상의 이점에 대한 1989년 논문에서 생물물리학자 티나 카루는 이 치료법이 "매우 믿을 수 없을 정도로 신비로워 보인다"고 언급했습니다. 게다가 그녀는 여러 다른 질병에 대한 효과가 속담처럼 뱀파우더 만병통치약처럼 보이게 만들어 의심을 더 키웠다고 썼습니다.

카루는 적색광이 동물 세포에서 신진대사를 주도하는 미토콘드리아를 자극하여 전반적인 세포 기능을 개선하기 때문에 많은 질병을 치료한다고 가정했습니다. 이는 세포 생성을 가속화하고 산화 스트레스를 완화할 것입니다. 산화 스트레스는 염증과 노화 증상을 유발하고 궁극적으로 당뇨병, 암, 신경 퇴행성 질환 및 기타 질병에 기여하는 요인입니다.

오늘날 적색과 적외선 파장은 세포 대사의 핵심 효소인 시토크롬 C 산화효소와 아마도 다른 빛에 민감한 화학 물질에 의해 흡수되어 세포 내에서 연쇄적인 효과를 촉발한다고 생각됩니다.

카루와 다른 사람들은 "균일한" 레이저 광선이 유익한 효과를 내는 데 반드시 필요하지 않을 것이라고 의심하기 시작했지만, 우주국이 우연히 그것을 발견한 후 마침내 그 질문에 답한 것은 NASA였습니다.

식물을 위한 LED, 그리고 사람을 위한 LED

1980년대 후반, 엔지니어 Ron Ignatius는 앨라배마 주 헌츠빌에 있는 NASA의 Marshall Space Flight Center에서 자금을 지원받은 Wisconsin Center for Space Automation and Robotics(WCSAR)와 협력하는 회사에서 일했습니다. 발광 다이오드(LED) 기술이 상업 시장에 진출하면서 Ignatius는 WCSAR와 협력하여 우주에서 식물을 재배하기 위한 이 새로운 조명을 연구했습니다. 1989년, Ignatius는 Quantum Devices Inc.를 설립했고, NASA의 Small Business Innovation Research(SBIR) 자금으로 1995년 우주 왕복선에서 감자를 재배하는 LED 식물 재배 장치를 완성했습니다.

하지만 이 연구에는 부작용이 있었습니다. LED는 빨간색과 파란색이었는데, 이는 광합성을 촉진하는 데 가장 효율적인 파장이기 때문이며, 조명 아래에서 손을 다루는 데 시간을 보낸 NASA 과학자들은 손의 찰과상이 정상보다 빨리 치유되는 것처럼 보였습니다.

이것이 NASA가 의료용 광선 요법의 세계에 우연히 발을 들인 방식입니다. 이 기관은 우주 여행의 오랜 문제에 대한 가능한 해결책을 보았습니다. 중력이 없으면 우주인의 근육과 뼈가 위축되고 상처는 느리게 치유되며, 이 모든 것이 임무를 위험에 빠뜨립니다.

이그나티우스는 또한 LED의 가능한 의학적 용도에 관심을 갖게 되었습니다. 위스콘신 의대의 신경학자 해리 웰런이 빛의 의학적 용도를 조사하고 있다는 것을 알게 되었을 때, 그는 손을 내밀었습니다.

1995년과 2003년 사이에 주로 마셜이 체결한 8건의 NASA SBIR 계약을 통해 Quantum Devices, Wisconsin 의과대학 및 몇몇 다른 기관 간의 LED의 의료적 활용에 대한 실험이 자금 지원을 받았습니다.

근적외선 레이저 광선은 성장 인자 단백질, 콜라겐, 혈관의 생성을 촉진하여 상처(특히 산소가 부족한 상처)의 치유를 촉진하는 것으로 최근에 밝혀졌습니다. 하지만 레이저에는 단점이 있다고 Marshall의 우주선 및 차량 시스템 부서에서 수석 엔지니어로 작업을 감독한 Helen Stinson은 말했습니다. "레이저를 사용하면 주변 조직을 손상시키지 않도록 주의해야 하며 많은 에너지를 사용하고 비쌉니다."라고 Stinson은 말했습니다.

이러한 문제를 해결하는 것 외에도 LED 어레이는 여러 파장을 방출하도록 설계될 수 있으며, 레이저보다 더 넓은 영역을 커버할 수 있습니다.

빛 치료는 그 자체로 효과가 있다는 것을 증명합니다

실험을 통해 연구자들은 고강도 적색 및 근적외선 LED가 쥐의 산소 결핍 상처 치유를 상당히 가속화하고 쥐와 래트의 피부, 뼈 및 근육 세포 배양의 성장과 증식을 가속화한다는 것을 보여주었습니다. 이 팀은 훈련 부상 치료를 위해 미국 해군 승무원에게 LED 장치를 제공했습니다. 이는 대조군과 비교하여 근골격계 부상에서 40% 이상 개선되었고 찢어짐의 치유 시간은 50% 더 빨랐습니다.

그 무렵 웰런과 동료들은 퀀텀 디바이스의 적색 LED 어레이를 조사하면 메탄올로 인한 쥐의 실명이 방지된다는 것을 보였고, 이를 통해 녹내장부터 연령 관련 황반변성까지 다양한 망막 질환의 치료법으로 광선 요법을 제안하게 되었습니다.

추가적인 군사 자금 지원을 받아 Quantum Devices는 이 기술을 휴대용 WARP 10(Warfighter Accelerated Recovery by Photobiomodulation)으로 발전시켜 군인의 통증, 염증 및 경미한 부상을 치료했습니다. 미국 식품의약국(FDA)은 경미한 근육 및 관절 통증, 관절염 및 근육 경련의 일시적인 완화를 위한 사용을 승인했습니다. 이 회사는 이 기기를 상용화했고 2007년에 더 크고 더 진보된 WARP 75를 출시했습니다 .

Quantum Devices는 NASA, 위스콘신 의과대학, 버밍햄 앨라배마 대학과 협력하여 골수 이식을 준비하기 위해 강력한 방사선과 화학 요법을 받은 환자의 점막에 형성되는 급성 궤양을 WARP 75를 사용하여 성공적으로 치료하는 임상 시험을 실시했습니다.

산업이 등장하다

2011년 이그나티우스가 사망한 지 2년 후, Quantum Devices는 의료용 LED 분야를 떠났고 NASA는 결국 이 기술을 우주에서 사용하지 않았습니다. 그러나 그때쯤에는 NASA가 자금을 지원한 연구로 인해 이 기술을 상용화하는 회사가 점점 더 많아졌습니다.

그러나 모든 기기가 동일한 것은 아니라고 WARP 시절 Quantum Devices의 마케팅을 담당했던 Robin Schumacher는 말했습니다. Schumacher는 "WARP는 오늘날 시중에 나와 있는 기기의 99%보다 여전히 엄청나게 뛰어난 기술입니다."라고 말하며, 이 기기는 위험한 열 없이 특정 파장에서 강렬하고 고르게 분포된 조도를 효율적으로 생성하기 위해 고급 구조를 사용했다고 언급했습니다.

슈마허에 따르면 NASA가 주도한 연구는 과학자들이 다양한 파장이 신체를 관통하여 세포 반응을 이끌어내는 능력에 대한 이해를 높였을 뿐만 아니라, 다양한 강도 수준과 치료 시간에 맞춰 복용량을 최적화하는 최초의 실험도 포함됐다고 한다.

그녀는 이러한 지식을 기반으로 하지 않은 장치는 "단순히 전구일 뿐"이라고 말했습니다.

이그나티우스가 죽은 후, 슈마허는 오하이오주 솔론의 Multi Radiance Medical Inc.에서 일하기 시작했습니다. 이 회사는 물리 치료, 스포츠 의학, 수의학 응용 프로그램 등을 위한 광선 요법 장치를 생산합니다. 이 회사는 2006년에 설립되었으며 NASA와 파트너의 많은 연구 결과를 통합했습니다.

회사의 임상 및 과학 담당 수석 부사장인 더그 존슨은 Multi Radiance 기기는 이제 동시적인 초펄스 레이저와 LED 빛을 결합했으며, 빠른 레이저 펄스가 조직에 음향 효과를 만들어 LED 빛의 침투력을 증가시킨다고 설명했습니다.

존슨은 NASA가 개입하기 전에는 광선 요법 기기가 전적으로 레이저 기반이어서 가정에서 사용하기에 안전하지 않았다고 말했습니다. "그래서 병원에서만 사용할 수 있었습니다. NASA는 간단하고, 접근하기 쉽고, 사용하기 쉽고, 안전하게 만들었습니다."

더 작은 장치, 더 큰 도달 범위

Multi Radiance는 처음에는 진료소용 대형 고정형 기기를 만들었지만, 2010년경에 WARP의 사례를 따라 휴대용 무선 기기를 출시하면서 가정용 시장과 수의용 분야로 진출할 수 있었습니다. Johnson은 "헛간에서 말을 치료하는 경우 코드를 사용하고 콘솔을 꽂을 수는 없습니다."라고 지적했습니다. 이 회사의 일부 수의용 기기는 감염을 치료하고 다른 항균 용도에 청색광을 사용하는데, FDA는 아직 사람에게 사용하도록 승인하지 않았습니다.

이 회사의 사업은 이제 가정용 기기와 의사, 운동 트레이너, 물리 치료사, 척추 지압사가 여전히 사용하는 고정형 기기로 균등하게 나뉩니다. 기기는 적용 범위, 전력 수준, 파장 조합에 따라 다르며, 일부는 전기 자극이나 자기장을 추가하여 빛 흡수를 증가시킵니다. 인체 적용은 주로 통증, 염증, 경직 완화를 위한 것입니다.

존슨은 Multi Radiance가 현재 직원 50명을 두고 있으며 매년 32개국에서 수만 대의 기기를 판매한다고 말했습니다.

그는 NASA가 우주에서 억제된 치유와 위축에 대한 가능한 치료법에 도전하여 이 분야를 발전시키고 대중화한 공로를 인정했습니다. 존슨은 "NASA가 면밀히 살펴보고 효과가 있을 수 있다고 말할 때까지 상업적 개발을 보지 못했습니다."라고 말했습니다. "그들은 아무도 치료할 수 없는 것을 추구했고 너무나 간단하고 쉬운 것을 발견해서 믿을 수 없었습니다."

현재 Multi Radiance는 소비자용 제품 라인을 확대하고 있으며, 2022년에 2세대 홈 기기를 출시할 계획입니다.

존슨은 과학이 더 잘 이해됨에 따라, 회사는 또한 더 구체적인 의료 응용 프로그램을 발전시키기를 바라고 있다고 말했습니다. 예를 들어, Multi Radiance는 당뇨 황반 부종과 같은 장애를 치료하기 위한 LED 배열 안대와 섬유근육통 증상을 줄이는 장치에 대한 특허를 받았습니다. 둘 다 임상 시험 중입니다.

존슨은 "하지만 빛의 생물학적 효과가 더 명확해지더라도"라고 말하며, "어떤 작용 메커니즘이 작용하는지 말하기는 어렵다. 빛은 너무나 다양한 조건에서 작용하기 때문에 단 하나의 근본적인 메커니즘을 식별하기 어렵지만, 우리는 점점 더 가까워지고 있다"고 덧붙였다.