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신소재 활용 차세대 의료기기 개발…상용화 기대감↑
홍합·음파 활용 수술용 접착 패치·인조혈관 제작 기술
[기사입력 2019-12-06 06:42]

신소재를 활용, 차세대 의료기기를 개발할 수 있는 단서가 국내 연구진에 의해 발견돼 화제다.

6일 업계에 따르면 국내 연구진이 홍합, 음파 등을 활용해 수술용 접착 패치 및 인조혈관 제작 기술을 개발하는데 성공했다.

칠곡경북대학교병원 박준석 교수팀은 카이스트 화학과 이해신 교수, 원광대 화학과 류지현 교수와 공동 연구를 통해 홍합 접착 단백질 응용해 인공항문 예방 가능한 장접착제를 개발했다.

대장암 수술 후 가장 무서운 합병증 중 하나는 새로 장과 장을 연결한 문합부가 새는 것이다.

장 수술 후 문합부가 결손되거나 약해져 장 내용물이 새게 되면 2차 응급 수술이나 인공 항문이 필요하게 된다.

연구팀은 홍합접착 단백질과 생분해성 고분자를 이용해 장 연결부를 보호할 수 있는 문합부 보호제 관련 기술을 개발했다.

연구진은 홍합을 모사하여 개발한 접착 패치를 대장암 또는 직장암 제거 후 발생할 수 있는 누수를 막기 위해 사용했다.

이 접착 패치는 초기 장문합 부위를 강력한 접착력으로 감싸 누수를 막고 단단한 콜라젠층을 형성하게 하여 장문합을 성공적으로 이끄는 것으로 나타났다.

또 이 접착 패치를 적용하고 7일~14일이 되자 패치가 스스로 분해되고 체 내에 외부 물질이 남지 않은 상태로 콜라젠층이 형성돼 누수를 막을 수 있는 것으로 나타났다.

박준석 교수는 "홍합의 접착 작용에 근거해 장문합 보조제로 사용할 수 있는 복강용 접착 패치를 개발하게 됐다"며 "홍합 모사 접착성 패치는 수분에서의 접착력과 함께 수분 저항성을 가지고 있어 향후 다양한 바이오메디컬 응용이 가능할 것"이라고 말했다.

국내 연구진이 홍합과 연잎 특성을 결합해 몸속에 넣을 수 있는 초발수 표면을 만드는 데 성공했다.

초발수 표면은 항혈전이나 항박테리아 특성이 유지되는 혈관 삽입관이나 상처 봉합 패치를 만드는 데 활용할 수 있다.

포항공과대학교(POSTECH) 화학공학과 차형준 교수, 박사과정 박태윤씨 팀과 용기중 교수, 박사과정 한기덕씨 팀이 공동연구로 홍합 접착 단백질을 이용한 고강도 초발수 표면을 만드는 데 성공했다.

초발수 표면은 빗방울이나 이슬에도 잎이 젖지 않는 연잎 구조를 모방해 만들었다.

그러나 내구성이 약해 실용화에 한계가 있는 데다 내구성 강화를 위해 사용한 접착 물질이 사람에게 해를 끼치는 경우가 많았다.

이에 연구진은 바닷물 속에서 바위에 강하게 붙어사는 홍합의 접착 단백질을 이용했다.

홍합 접착제는 독성이 없어 몸속에서 안전하게 사용할 수 있고 물속에서도 내구성이 뛰어나기 때문이다.

연구진은 두 기술을 합쳐 홍합 접착제를 코팅 처리, 몸속에서 사용하는 카테터(관)와 패치에 적용해 초발수 표면을 만들었다.

이 결과 카테터에선 항혈전 특성이, 패치에선 혈액 내에서 접착력을 유지하면서 상처 봉합을 돕고 장기 유착과 박테리아 형성을 막는 것을 확인했다.

돼지 피부 적용 실험에서도 항박테리아 특성이 안정적으로 유지되는 것을 확인했다.

차형준 교수는 "우리나라 원천소재인 홍합 접착 단백질을 이용해 초발수 표면 제작에 적용할 수 있음을 세계에서 처음 확인했다"며 "의료기구의 생체 내 이식 후 유착 방지용 소재나 항혈전 특성이 필수인 의료용 소재 개발에 활용할 수 있을 것으로 본다"고 말했다.

용기중 교수는 "이번 연구는 초발수 표면 내구성을 높이고 일반 제조업에만 활용하던 연잎 기술을 의료 분야로 확대했다는 데 의의가 있다"고 설명했다.

국내 연구진이 음파를 이용한 혈관질환 치료용 인조혈관 제작기술을 개발했다.

연세대 이형석·조승우 교수팀은 이 같은 기술을 개발, 치료용 인공혈관을 제작할 수 있는 초석을 마련했다.

혈관이 제 기능을 하지 못하고 산소·영양분·노폐물 등을 전달하지 못하면 심근경색이나 말초혈관질환으로 이어질 수 있다.

회복 불가능 생체 혈관을 대체하는 줄기세포 인조혈관 연구가 주목받는 건 바로 이런 이유에서다.

불규칙적으로 형성되는 줄기세포는 실제 혈관처럼 특정 형상으로 배열하는 게 무척 어렵다.

혈액이 새어나가지 않고 한 방향으로 흐르게 하려면 혈관 구조의 촘촘한 배열이 필수적이다.

연구팀은 음파를 이용해 실제 혈관의 3차원 구조를 정밀하게 본뜬 인조혈관을 만들었다.

직접 개발한 장치로 음파를 가해주면 줄기세포가 정렬되면서 세포 간 접합과 상호작용이 향상된다고 연구팀은 설명했다.

그 결과 혈관 형성을 유도하는 단백질은 왕성하게 분비한다.

혈관질환 동물 모델 실험 결과 혈류가 흐르지 않던 다리 조직이 더 빠르게 회복되는 효과도 보였다.

기존 기술로는 인조혈관이 생체 혈관과 통합되지 않지만, 음파 장치를 통해 정렬된 인조혈관은 이식된 지 4주 만에 주변 혈관과 결합해 혈류가 흘렀다.

이번 연구와 관련해 세계적으로도 유사한 성과가 보고된 적은 없다.

이 때문에 연구팀은 음파 장치 개발 과정에서 많은 시행착오를 겪은 것으로 전해졌다.

이형석 교수는 "연구자들이 문제점을 공유하고 함께 해결방안을 찾는 연구 교류를 했다"며 "음파 이용 인조혈관 제작기술은 기존 생체모사 기술보다 높은 공간 해상도로 생체조직을 몸 밖에서 모사할 수 있다"고 말했다.

조승우 교수는 "다양한 조직이나 장기를 환자에 이식해 치료하거나, 환자에 적합한 약물을 살피는 플랫폼으로 활용하기 위한 기반 기술이 될 것"이라고전했다. 


김양순 기자  ehealth@e-healthnews.com
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