KIST, 피부재생·감각전달 동시 가능 '인공피부' 개발

Photo Image
통합 디바이스를 통한 외부 자극의 신경 전달 메커니즘

한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 정영미 생체재료연구센터 박사, 이현정 스핀융합연구단 박사팀이 유기준 연세대 교수, 김태일 성균관대 교수와 인체 이식형 촉각 기능 스마트 바이오닉 인공피부를 개발했다고 밝혔다.

화상, 피부질환, 외상 등에 따른 신경조직 손상은 생명 유지 활동에 필수인 감각인지 기능 상실을 유발하고 정신·신체적 고통도 안겨준다.

심할 경우 인공피부 이식 치료가 필요한데, 현재 인공피부는 피부재생에 초점을 맞췄을 뿐 감각을 회복시키지는 못했다.

이번에 개발한 스마트 바이오닉 인공피부는 생체적합성이 높은 소재와 전자소자로 구현된 촉각 기능 전달 시스템이 융합돼 손상된 촉각도 복원할 수 있다.

피부 주 성분인 콜라겐과 피브린으로 구성된 하이드로겔로 유연 압력 센서를 삽입해 외부 미세한 압력변화도 감지할 수 있다.


감지한 압력변화는 전자 촉각 리셉터를 통해 전기 신호로 변환되고, 촉각 신경 인터페이싱 전극이 이를 신경에 전달해 피부와 동일한 촉각 기능을 수행할 수 있다.

피부의 탄력과 조직 결합을 담당하는 콜라겐·피브린이 상처 주변 피부세포 증식과 분화를 유발해 피부재생을 촉진하는 것도 확인했다.

이를 피부 손상을 입은 쥐에 이식해 효과를 실험한 결과, 이식 후 14일 경과 시점에 대조군 대비 120% 이상 상처 치료 효과를 보였다. 또 사람의 손끝에서 느끼는 압력 범위와 유사한 10~40㎪에서의 외부 변화를 감지하고 이에 맞는 전기 신호를 조절해 쥐의 반응이 달라지는 것을 확인했다.

연구팀이 개발한 인공피부는 손상 피부 피하 지방층을 따라 직접 신경에 이식하는 방식이어서 감각 전달 및 피부재생에 효과적이다.

신경이 손상된 환자의 피부재생 후에는 촉각센서가 피하 층에서 작동해 일상생활에서의 자립성을 크게 향상할 수 있다.

감각기능이 퇴화한 노년층의 경우에도 고밀도 집적 기술로 제작한 촉각 기능 전자소자를 피하에 직접 삽입하면 퇴화한 감각기능을 회복할 수 있을 것으로 기대된다.

정영미 박사는 “이번 연구 성과는 생체재료와 전자소자 기술을 효과적으로 결합한 소자, 소재, 재생의학 융합연구의 결과”라며 “상용화를 위해 의료기관, 기업 등과의 협업을 통해 추가 임상실험을 진행할 예정이며 온도, 진동, 통증 등 피부조직의 다양한 기능을 재건하는 연구로도 확장할 계획”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 나노·소재원천기술개발사업을 통해 수행됐다. 성과는 '네이처 커뮤니케이션즈' 최신 호에 게재됐다.


김영준 기자 kyj85@etnews.com

주요 행사

브랜드 뉴스룸