기초연, 손상된 근육·신경 빠른 재생 돕는 '조직 재생 필러' 개발

주사 주입형 바이오 신소재

주사 주입형 조직 보철용 전도성 하이드로젤 소재를 통한 보행 재활 훈련.(IBS 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 근육이나 신경 손상 초기에 빠른 재생을 돕는 '조직 재생 필러'를 개발했다.

기초과학연구원(IBS)은 뇌과학 이미징 연구단 신미경·손동희 교수 연구팀이 손상된 조직의 기능을 대체하는 주사 주입형 바이오 신소재를 개발했다고 2일 밝혔다.

연구팀은 이 소재를 기반으로 근육과 신경이 심하게 손상돼 걷지 못하던 동물모델에 적용해 빠른 조직 재생 및 재활 효과를 확인했다.

손상된 신경‧근육 회복에는 보행 보조 로봇과 같은 웨어러블 장치와 체내 이식형 소자가 통합된 ‘폐회로 보행 재활 기술’이 필요하다. 그러나 기술 개발에 있어서 체외 장치와 체내 조직을 연결하기 위한 소자들의 크기가 커서 복잡하고 작은 손상된 조직 영역에 이식하기 어려웠다.

또 단단한 소자가 부드러운 조직에 지속적인 마찰을 일으켜 염증이 유발된다는 것도 문제였다. 기존 기술로는 단시간에 환자의 보행 재활을 기대하기 어려웠다는 것이다.

연구 모식도.(IBS 제공)/뉴스1

이에 연구팀은 생체조직처럼 부드러우면서 조직에 잘 접착되고 전기 저항이 작아 근육과 신경의 전기 신호를 잘 전달할 수 있는 새로운 소재 개발에 착수했다.

우선 연구진은 피부 미용용 필러로 쓰이는 히알루로산 소재를 기반으로 조직처럼 부드러운 하이드로젤 소재를 만들었다.

여기에 금 나노입자를 투입해 전기 저항을 낮췄다. 또 기계적 안정성을 높이기 위해 분자들이 자유롭게 재배열하게 제조하여 필러처럼 주사로 국소적 손상 부위에 주입할 수 있게 했다.

연구팀은 손상된 근육과 신경에 제작한 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.

이는 보형물 자체를 전극으로 사용해 조직에 전기 자극을 가하거나 조직으로부터 발생하는 신호를 계측할 수 있음을 확인한 것이다.

로봇 보조 재활 검증.(IBS 제공)/뉴스1

연구팀은 동물실험을 통해 빠른 근육 재생 및 재활 효과도 확인했다.

연구팀이 경골전방 근육이 심하게 손상된 설치류 모델의 조직 손상 부위에 제작한 보형물을 주사하고 말초신경에 전기 자극을 가할 수 있도록 인터페이싱 소자를 이식한 결과 전도성 하이드로젤을 조직 손상 부위에 채우는 것만으로도 조직 재생이 개선됐다.

또 신경 전기 자극을 줬을 때 발생하는 근전도 신호를 계측해 보행 보조 로봇을 작동, 소동물의 보행을 성공적으로 보조할 수 있었다.

신경 자극을 따로 주지 않아도 전도성 하이드로젤의 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 가능하게 됐다.

신미경 교수. /뉴스1

신미경 교수는 “신경근 회복을 위해 재활 훈련이 요구되는 심각한 근육 손상에 손쉽게 적용할 수 있는 주사 가능한 전기 전도성 연조직 보형물을 구현했다”며 “근육과 말초신경뿐만 아니라 뇌, 심장 등 다양한 장기에 적용할 수 있는 조직 재생용 신물질로 활용 가능할 것”이라고 말했다.

손동희 교수. /뉴스1

손동희 교수는 “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 했다.

연구팀은 임상 수준에서 최소침습적인 재활 시술로 이어지기 위한 후속 연구를 진행하고 있다.

이번 연구 결과는 세계 최고 권위의 국제학술지 ‘네이처'에 2일 게재됐다.

memory4444444@news1.kr