근육이나 신경 손상 초기에 재생을 돕는 새로운 조직 보형물 소재가 개발됐다.
기초과학연구원(IBS·원장 노도영)은 뇌과학 이미징 연구단(단장 김성기) 소속 신미경 성균관대 교수와 손동희 성균관대 교수팀이 손상 조직 기능을 대체하는 주사 주입형 바이오 신소재를 개발했다고 1일 밝혔다.
나아가 이 소재를 기반으로 근육과 신경이 심하게 손상돼 걷지 못하던 동물모델에서 빠른 조직 재생 및 재활 효과를 확인했다.
심각한 근육 손상 초기에 적절한 치료를 받지 못하면 만성적으로 근육이 기능적으로 결손되고, 이로 인한 장애가 유발될 수 있다. 근력 감소로 인한 환자 삶의 질 저하를 막으려면 근육 회복을 촉진하는 동시에 즉각적인 움직임 회복을 돕는 재활 치료가 필요하다.
보행 보조 로봇 등 웨어러블 장치와 체내 이식형 소자가 통합된 '폐회로 보행 재활 기술'이 각광 받는다.
하지만 체외 장치와 체내 조직을 연결하는 소자가 커, 복잡하고 작으면서 손상되기까지 한 조직에 이식하기 어려웠다. 또 딱딱한 소자가 부드러운 조직에 마찰을 일으켜 염증이 유발된다는 것도 문제였다.
연구진은 생체조직처럼 부드러우면서 조직에 잘 접착되고, 전기 저항이 작아 근육과 신경의 전기 신호를 잘 전달하는 새로운 소재 개발에 착수했다.
피부 미용 필러로 쓰이는 히알루로산 소재를 기반으로 부드러운 하이드로젤 소재를 만들었다. 여기에 금 나노입자를 투입해 전기 저항을 낮췄다. 또 분자 재배열 제조로 필러처럼 주사로 국소 손상 부위에 주입할 수 있도록 했다.
손상 근육과 신경에 보형물을 주사로 주입했을 때, 좁고 거친 손상 조직 표면에 보형물이 밀착 접촉됨을 확인했다.
보형물은 조직 손상 부위를 채워 건강한 조직에서 발생하는 전기생리학적 신호를 성공적으로 전달했다. 보형물 자체를 전극으로 사용해 조직에 전기 자극을 가하거나, 조직으로부터 발생하는 신호를 계측할 수 있음을 확인했다.
동물실험을 통해서도 빠른 근육 재생 및 재활 효과를 확인했다.
전도성 하이드로젤을 조직 손상 부위에 채우는 것만으로도 조직 재생이 개선됐다. 신경 전기 자극을 주었을 때 발생하는 근전도 신호를 계측해 보행 보조 로봇을 작동, 소동물의 보행을 성공적으로 보조할 수 있었다.
신경 자극을 따로 주지 않아도 전도성 하이드로젤 조직 간 신호 전달 효과를 이용하면 로봇 보조를 통한 소동물의 보행 재활 훈련이 가능하다는 점도 확인했다. 조직이 손상돼 잘 걷지 못하던 실험 쥐는 단 3일 만에 로봇 보조를 통한 정상적 보행이 가능했다.
신미경 교수는 “신경근 회복을 위해 재활 훈련이 요구되는 심각한 근육 손상에 손쉽게 적용할 수 있는 주사 가능한 전기 전도성 연조직 보형물을 구현했다”며 “근육과 말초신경 뿐만 아니라 뇌, 심장 등 다양한 장기에 적용할 수 있는 조직 재생용 신물질로 활용 가능할 것”이라고 말했다.
손동희 교수는 “우리 연구진이 제시한 새로운 바이오 전자소자 플랫폼은 재활 치료가 어려운 신경근계 환자들의 재활 여건을 크게 개선할 수 있을 것”이라며 “전기생리학적 신호 계측 및 자극 성능을 활용하면 향후 인체 내 다양한 장기의 정밀 진단 및 치료까지 확대될 수 있다”고 말했다.
연구진은 다양한 손상 조직에 전도성 하이드로젤을 주사하여 회복 가능성을 확인하는 한편, 임상 수준에서 최소침습적인 재활 시술로 이어지기 위한 후속 연구를 진행 중이다. 연구 결과는 네이처 온라인판에 실렸다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
