범부처재생의료기술개발사업단은 외부 전원 없이 인체 움직임으로 작동하는 자가발전형 전기자극 기반 상처 치료 기술을 중앙대 류한준·윤정기 교수와 단국대 양희석 교수 연구팀이 개발했다고 11일 밝혔다.
이번 연구로 마찰전기 나노발전기(TENG)를 활용해 무전원 전자약(Electroceutical) 플랫폼을 구현했다. 기존 외용 치료 방식의 한계를 극복한 차세대 치료 전략으로 주목된다.
전기자극은 손상된 피부에서 감소한 전기장을 회복시켜 세포 이동과 증식을 유도한다. 그러나 기존 전기자극 시스템은 외부 전원과 배터리에 의존하고 고정된 파형으로 인해 생체 적응 현상이 발생하는 등 실제 임상 적용에 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 인체 움직임에서 발생하는 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하는 관성 구동형 마찰전기 나노 발전기를 개발했다.
TENG은 마찰전기 효과와 정전 유도 기반으로 접촉-분리 과정에서 전하를 생성한다. 기계적 움직임에 따라 전압과 파형이 자연스럽게 변화하는 특성을 가진다. 특히 연구팀은 원형 전극 구조를 적용해 상처 주변에 방사형 전기장을 형성하도록 설계했다.
연구결과 전기자극은 단순 세포 이동 촉진을 넘어 세포외소포 분비량과 품질을 증가시키는 것으로 나타났다. 전기자극된 세포에서 분비된 세포외소포는 세포 이동, 혈관 형성, 조직 재생을 촉진할 수 있는 것으로 확인됐다.
전임상 동물실험 결과 전기자극으로 인한 상처 치유율이 유의미하게 증가했다. 조직 분석에서는 혈관 형성 증가, 표피 성숙 촉진, 조직 구조 복원, 피부 미생물 분포 개선을 확인했다.
이번 시스템은 무선 모니터링 기능을 포함해 스마트 헬스케어 시스템으로의 확장이 가능하다.
범부처재생의료기술개발사업단은 “이번 연구성과는 재생의료 분야에서 전기자극 기반 치료 기술의 새로운 가능성을 제시한 사례”라며 “향후 다양한 조직 재생과 스마트 헬스케어 기술로의 확장이 기대된다”고 말했다.
배옥진 기자 withok@etnews.com
