GIST-KIST, 의료기기 코팅해 세균 튕겨내는 ‘항균 젤’ 개발

항균 펩토이드와 하이드로젤 소재 결합
“세균 살균·부착 억제 동시 최적화”

펩토이드 비율 조절에 따른 나노구조 및 기능 변화 모식도.GIST 제공

병원 의료기기 표면에 세균이 달라붙어 생기는 감염을 막을 수 있는 새로운 기술이 국내에서 개발됐다.

13일 과학계에 따르면 광주과학기술원(GIST) 화학과 서지원 교수와 한국과학기술연구원(KIST) 김재홍 박사 공동 연구팀은 최근 세균이 형성하는 ‘바이오필름’을 효과적으로 억제하는 다기능 항균 하이드로젤을 개발했다고 밝혔다.

바이오 필름은 세균 여러 층이 겹친 채 의료기기 표면 등에 달라붙은 구조다. 세균이 스스로 만든 끈적한 보호막 안에서 집단을 이루고 있기에 항생제가 침투하기 매우 어렵다. 두께도 머리카락 굵기의 50분의 1 수준에 불과해 검사에서 쉽게 찾을 수도 없다. 때문에 카테터·스텐트·인공관절 등에 달라붙어 환자 회복을 늦추고 병원 감염을 일으키는 주요 원인 중 하나로 꼽혀왔다.

연구팀은 바이오필름 억제를 위해 ‘펩토이드’라는 인공 단백질 유사 물질을 활용했다.

펩토이드는 자연 단백질 구조를 모방해 세균을 죽이거나 붙지 못하게 설계할 수 있다. 또 젤라틴 하이드로젤 안에서 스스로 모여 나노 구조를 형성하는 자기조립 방식을 통해 살균 효과와 안전성을 동시에 높였다.

연구팀은 인체에 안전하고 젤 형태로 쉽게 제작할 수 있는 젤라틴을 기반해, 향균 펩토이드의 분포 상태를 정밀하게 조절해 세균 살균과 부착 억제 기능을 동시에 최적화하는 새로운 향균 표면 전략을 제시했다.

실험 결과 펩토이드가 젤 안에서 고르게 퍼진 상태에서는 세균 부착이 크게 줄면서도 살균 효과가 유지됐고, 사람 세포에는 거의 영향을 주지 않아 안전한 것이 확인됐다. 연구진은 또한 “최적 조건으로 제작한 하이드로젤을 대표적 병원 감염의 주범인 황색포도상구균과 녹농균에 대해 실험한 결과 바이오필름 형성을 기존 대비 약 60% 억제했다”고 밝혔다.

GIST 화학과 서지원 교수, KIST 김재홍·박일수 박사, 윤재원 석사, GIST 화학과 윤희웅 박사과정생.사진=GIST 제공

이번 연구는 연구팀이 개발한 항균 하이드로젤이 의료기기의 다양한 표면에 안정적으로 코팅될 수 있고 실제 병원 환경에서도 활용될 수 있는 가능성을 보여줬다.

KIST 김재홍 박사는 “항균 기능뿐 아니라 다양한 생체 표면 설계로 확장 가능한 소재 플랫폼으로 발전할 수 있을 것”이라고 설명했다. GIST 화학과 서지원 교수 역시 “병원 현장에서 감염의 원인이 되는 항생제 내성균과 바이오필름의 확산을 억제할 수 있는 소재 개발은 임상에서 시급히 요구되는 과제”라고 전했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 《Nano Letters》에 2월 26일 온라인으로 게재됐으며, 관련 기술이전 관련 협의는 기술사업화실 (hgmoon@gist.ac.kr)을 통해 진행할 수 있다.

장형임 기자 jang@sedaily.com