[과학을 읽다]화상에 손상된 피부, 감각까지 되살린다

KIST 연구팀 쾌거
피부 재생 넘어 촉각 회복까지

화상, 피부질환, 외상 등으로 피부에 문제가 생기면 신경조직도 손상되는 경우가 대부분이다. 이로 인한 감각인지 기능 상실은 환자에게 신체뿐 아니라 정신적 고통을 남긴다.

KIST 연구진이 개발한 통합 디바이스를 통해 외부 자극이 신경으로 전달되는 경로를 나타내는 모식도.

자연치유가 불가능할 정도로 손상 정도가 심각할 경우 해당 부위에 인공피부를 이식하는 수술적 치료가 필요하다. 하지만 현재까지 개발된 인공피부는 피부조직과 유사한 구조와 환경을 제공하면서 피부재생에 초점을 맞추었을 뿐 환자들의 감각을 회복시키진 못했다. 이런 단점을 보완해 촉각을 되살릴 수 있는 인공 피부를 국내 연구진이 개발했다.

19일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 이 연구원 생체재료연구센터 정영미 박사, 스핀융합연구단 이현정 박사 연구팀은 연세대학교 유기준 교수, 성균관대학교 김태일 교수와 공동으로 인체 이식형 촉각 기능 ‘스마트 바이오닉 인공피부’를 개발했다.

스마트 바이오닉 인공피부는 피부재생에 초점을 뒀던 기존 인공피부와 달리 생체적합성이 높은 소재와 전자소자로 구현된 촉각 기능 전달 시스템이 융합돼 영구적으로 손상된 촉각까지도 복원할 수 있다. 생체재료와 전자 기술의 효과적인 결합인 셈이다.

연구팀은 3도 이상의 화상 및 사고로 발생하는 심각한 신경 손상을 포함하는 피부 손상을 해결하기 위해 인체이식형 저전력 촉각기능 스마트 바이오닉 피부 개발에 나섰다.

인체 이식형 촉각 기능 스마트 바이오닉 인공피부 구성 요소 .

연구팀이 개발한 인공피부는 피부의 주요 성분인 콜라겐과 피브린(fibrin)으로 구성된 하이드로겔로, 유연 압력 센서를 삽입해 외부의 미세한 압력변화도 감지할 수 있다. 하이드로겔은 수분이 풍부한 젤 상태의 물질로 주로 수분을 함유한 고분자 네트워크다.

감지된 압력변화는 전자 촉각 리셉터를 통해 전기 신호로 변환돼 촉각 신경 인터페이싱 전극을 통해 신경에 전달된다. 이 과정을 통해 정상적인 피부와 동일한 촉각 기능을 느끼게 된다.

피부의 탄력과 조직의 결합을 담당하는 콜라겐과 피브린이 상처 주변에 있는 피부세포의 증식과 분화를 유발해 피부재생을 촉진하는 것도 확인됐다. 연구진이 스마트 바이오닉 인공피부를 심각한 피부의 손상을 입은 쥐에 이식해 피부재생 촉진 효과와 촉각 기능의 재건 효과를 실험한 결과 이식 후 14일 경과 시점에 대조군 대비 120% 이상 상처 치료 효과를 보였다.

연구팀이 개발한 인공피부는 손상된 피부의 피하 지방층을 따라 직접 신경에 이식하는 방식이어서 감각 전달 및 피부재생에 효과적이라는 점에서 더욱더 긍정적이다. 신경이 손상된 환자도 피부재생 후 촉각을 회복할 수 있어 일상생활에서 자립성을 크게 향상할 수 있다. 정상적인 피부가 있지만 감각기능이 퇴화한 노년층도 촉각 기능 전자소자를 피하에 직접 삽입하면 퇴화한 감각기능을 회복할 수 있을 것으로 기대된다.

KIST 정영미 박사는 "이번 연구 성과는 생체재료와 전자소자 기술을 효과적으로 결합한 소자, 소재, 재생의학의 융합연구 결과"라며 "상용화를 위해 의료기관, 기업 등과 협업하며 온도, 진동, 통증 등 피부조직의 다양한 기능을 재건하는 연구로도 확장할 계획"이라고 밝혔다. 정 박사는 해당 기술이 생산공정이 어렵지 않은 만큼 상업화 가능성도 높다고 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)의 지원으로 나노·소재원천기술개발사업(2018M3A7B4071106)을 통해 수행됐다. 이번 연구 성과는 ‘네이처지(誌)’ 자매지이자 국제 융합연구의 세계적 권위인 국제학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 최신 호에 게재됐다.

백종민 기자 cinqange@asiae.co.kr