GIST, 멸균·무독성 제작하기 쉬운 수화젤 신경도관 개발…“말초신경손상 치료 효과”

감마선 조사 이중네트워크 하이드로젤 신경도관 모식도.

광주과학기술원(GIST)은 이재영 신소재공학부 교수팀이 한 번 손상되면 자발적인 재생 가능성이 매우 낮은 말초신경 치료를 위해 독성이 없고 제작하기 쉬운 멸균 의료용 신경도관 제조법을 개발했다고 29일 밝혔다.

말초신경 치료 최선의 방법은 자가이식 방법이지만 자체 신경의 제한된 공급, 손상된 신경과의 크기 불일치, 기증자 부위 이환율 등의 문제점을 갖고 있다. 천연고분자 및 합성고분자로 만든 기존의 수화젤 기반 인공 신경도관은 생체적합성을 포함한 우수한 장점이 있지만 기계적 강도가 떨어지고 부서지기 쉽다. 또 봉합사를 이용한 체내 삽입 시술이 어렵다는 단점으로 임상적 치료 효율이 낮다.

특히 수화젤 기반 인공 신경도관 제작 시 화학 가교제를 사용하거나 메타크릴레이트 등 다양한 작용기를 도입하기 위한 화학 변형체가 요구된다. 이 과정에서 독성을 가진 부산물이 발생해 추가적인 멸균 과정이 필요하며 제작 단계도 매우 복잡하다.

현재 미국 식품의약국(FDA)에서 허가받은 신경도관 제품은 에틸렌 옥사이드 기체 및 감마선 조사를 통해 멸균을 하고 있다. 이러한 멸균 방식은 재료 고유 특성을 변형시킬 가능성이 있으며, 에틸렌 옥사이드 기체는 발암물질이라는 보고가 발표돼 잔류 기체를 확인할 필요가 있다. 생체적합성이 확보된 천연고분자를 이용하고 부산물 및 독성물질을 사용하지 않는 제조법을 개발해 기계적 강도 및 질김성이 있는 수화젤 신경도관을 멸균과 동시에 제작하는 기술이 필요한 상황이다.

향상된 기계적 특성, 구부러짐 저항성, 봉합사 잔존강도 및 말초신경 절단 동물모델을 활용한 신경재생 확인.

연구팀은 30킬로그레이(kGy) 고에너지 감마선을 조사해 젤라틴 고분자를 가교한 뒤 추가적인 알긴산의 이온 가교를 통해 '이중네트워크 수화젤 신경도관'을 제작했다. 이 같은 방식은 제조가 간단하고 멸균이 가능하며, 기계적 특성 또한 향상시킬 수 있었다. 이중네트워크 수화젤 신경도관은 71.4킬로파스칼(㎪)에 달하는 극한의 인장 강도, 77㎪위 높은 영률을 비롯해 단일네트워크 신경도관 대비 우수한 봉합성, 구부러짐 저항성 및 기계적 특성을 보였다.

연구팀이 감마선 조사 수화젤 신경도관을 말초신경 절단 마우스 모델에 삽입해 신경재생 효과를 소동물 단위에서 검증한 결과 체내에서 6주 이상 구조적 안정성을 유지하고 남아있는 것을 확인할 수 있었다. 수술 6·12주 후 근전도를 통한 전기생리학적 분석, 근육 퇴화 및 재생 평가, 말초신경의 조직학적 분석을 통해 대조군인 의료용 실리콘 신경도관과 비교해 크게 증가한 신경재생 효과를 나타냈다. 멸균과 동시에 제작 가능한 이중네트워크 수화젤 신경도관이 말초신경 재생에 적용될 수 있으며 종래의 의료용 실리콘 신경도관보다 효과가 뛰어남을 확인한 것이다.

이재영 GIST 신소재공학부 교수(오른쪽)와 김정현 석박통합과정생(제1저자).

이재영 교수는 “이번 연구 성과는 독성을 띤 교반제 사용이나 부산물이 없는 케미컬 프리(화학 성분이 없는) 방식으로 제조 방법이 간단하고 무엇보다 멸균된 수화젤 신경도관 제작이 가능하다”며 “향후 신경도관뿐 아니라 보형물과 같은 생체 삽입재료 제작을 위한 새로운 플랫폼으로의 활용이 기대한다”고 말했다.

이 교수팀이 수행한 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받아 이뤄졌으며 생체재료 분야 국제 학술지인 '어드밴스트 헬스케어 머티리얼즈' 온라인에 게재됐다.

광주=김한식 기자 hskim@etnews.com