손상되면 자가치료하는 센서…수명 마치면 몸에서 생분해

황석원 고려대 교수 연구진

황석원 고려대 KU-KIST융합대학원 교수 연구진이 개발한 생분해성 전도체. 연구진은 이 전도체를 이용해 저활동성 방광 환자의 건강 회복과 생활의 질 향상을 돕는 생체 이식 장치를 개발할 수 있을 것으로 기대하고 있다./황석원

국내 연구진이 사람 몸 안에 이식한 치료용 센서가 일정 기간이 지나 자연적으로 분해돼 사라지는 기술을 개발했다. 그 안에 손상되면 자가 치료도 가능하다. 앞으로 건강 상태를 파악하거나 전기 자극으로 질병 치료를 돕는 생체 이식 장치에 사용하면 수술을 최소화할 수 있을 것으로 기대된다.

황석원 고려대 KU-KIST융합대학원 교수 연구진은 최근 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 생분해성 전도체를 개발한 연구 결과를 발표했다.

생분해성은 자연 상태에서 분해돼 폐기물이 발생하지 않는 성질을 말한다. 일회용품 사용량 증가로 환경 오염이 심해지면서 생분해성 플라스틱이 친환경 소재로 주목 받고 있다. 생분해성은 사람의 몸 내부에 이식해 질병을 치료하는 의료기기 분야에서도 주목하고 있다.

가령 당뇨병 환자의 몸에 혈당을 실시간으로 확인하는 장치를 넣어 사용한다면, 장치가 고장나거나 파손될 경우 수술을 해야 수리하거나 제거할 수 있다. 하지만 생분해성이 있는 장치를 사용한다면, 일정 시간이 지나 자연적으로 분해돼 별도의 수술 없이도 장치를 없앨 수 있다.

연구진은 서로 다른 두 가지 소재를 사용해 전기를 잘 통하면서도 일정 시간이 지나면 자연적으로 분해되도록 했다. 연구진은 기판 역할을 하는 고무 같은 탄성체와 전기를 통하는 물질을 사용해 몸 안에서 건강 정보를 측정하는 센서를 개발했다. 생분해성 전도체는 유연성도 우수해 다양한 신체 부위에 부착할 수 있다. 생분해성 전도체를 양쪽으로 잡아당기면 최대 500%까지 늘어나면서도 별다른 손상은 없었다.

생분해성 전도체는 찢어지더라도 자동으로 복구되는 자가 치유 능력도 가졌다. 손상으로 황 원자 사이의 결합이 끊어지면, 자연적으로 다시 분자 결합이 이뤄져 연결하는 방식이다. 연구진은 생분해성 전도체를 절단한 후 2분이 지나자 자연적으로 회복되는 것을 확인했다.

연구진은 이번에 개발한 생분해성 전도체를 이용해 면적이 1.8㎠ 수준으로 작은 압력 센서를 만들었다. 센서를 생쥐의 방광에 붙인 후 압력 변화를 측정했다. 센서는 방광에 소변이 얼마나 쌓였는지 측정할 수 있었으며, 전기 자극으로 소변 배출도 유도할 수 있었다.

연구진은 지난해 방광 근육 이상으로 배뇨 장애를 앓는 환자를 위한 전기 자극 장치를 개발한 바 있다. 저활동성 방광 환자는 수술로 치료가 불가능하고 약물 치료를 받거나 요도에 소변줄을 삽입해 생활 만족도가 크게 떨어진다. 연구진은 당시 전기 자극으로 방광 근육을 자극해 배뇨를 유도하는 데 성공했다.

다만 당시는 생분해성과 자가 치유 능력이 없는 소재를 사용해 장치가 고장나거나 제거하려면 별도의 수술이 필요하다는 한계가 있었다. 이번에 해결책을 제시한 것이다. 황 교수는 “이번에 개발한 소재를 방광에 이식했을 때 부작용은 없는지 생체 적합성은 아직 검증이 필요하다”며 “실제 이식 가능한 제품이 나오기까지 1~2년의 후속 연구가 필요한 상황”이라고 말했다.

참고 자료

Science Advances(2024), DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.adp9818

ACS Nano(2023), DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00755

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