미용 필러 소재로 근육·신경 손상 환자 재활 돕는다

by강민구 기자
2023.11.02 08:08:36

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 근육이나 신경 손상 초기에 빠른 재생을 돕는 새로운 조직 보형물 소재를 개발했다.

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

주사 주입형 조직 보철용 하이드로젤 소재를 통한 보행 재활 훈련.(자료=기초과학연구원)

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

근육 손상 초기에 적절한 치료를 받지 못하면 만성적으로 근육이 기능적으로 결손되고, 장애가 발생할 수 있다. 근력 감소에 따른 환자 삶의 질 저하를 막으려면 근육의 정상 회복을 촉진하면서 움직임을 즉각적으로 회복하도록 돕는 재활 치료를 해야 한다.

현재 회복을 돕기 위해 보행 보조 로봇과 같은 웨어러블 장치와 체내 이식형 소자가 통합된 ‘폐회로 보행 재활 기술’을 쓰고 있다. 하지만 체외 장치와 체내 조직을 연결하기 위한 소자들의 크기가 커서 복잡하고 작은 손상된 조직 영역에 이식하기 어려웠다. 또 딱딱한 소자가 부드러운 조직에 계속 마찰을 일으켜 염증도 발생했다.

이에 연구팀은 생체조직처럼 부드러우면서도 조직에 잘 접착되고, 전기 저항이 작아 근육과 신경의 전기 신호를 잘 전달할 수 있는 새로운 소재를 개발했다.

연구팀은 피부 미용 필러로 쓰는 히알루로산 소재를 기반으로 조직처럼 부드러운 하이드로젤 소재를 만들었다. 이후 금 나노입자를 넣어 전기 저항을 줄였다.



기계적 안정성을 높이기 위해 분자들이 자유롭게 재배열하게 제조해 필러처럼 주사로 국소적 손상 부위에 주입했다. 그 결과, 손상된 근육과 신경에 제작한 보형물을 주사로 주입했을 때, 좁고 거친 손상 조직 표면에 보형물이 밀착 접촉되는 것으로 나타났다.

보형물은 조직 손상 부위를 채워 건강한 조직에서 발생하는 전기생리학적 신호를 전달했다. 보형물 자체를 전극으로 사용해 조직에 전기 자극을 가하거나, 조직으로부터 발생하는 신호를 계측할 수도 있다.

동물실험에서는 빠른 근육 재생, 재활 효과도 확인했다. 경골전방근육이 심하게 손상된 설치류 모델의 조직 손상 부위에 제작한 보형물을 주사하고, 말초신경에 전기 자극을 가하도록 인터페이싱 소자를 이식했다. 전도성 하이드로젤을 조직 손상 부위에 채우는 것만으로도 조직 재생이 개선됐다. 신경 전기 자극을 주었을 때 발생하는 근전도 신호를 계측해 보행 보조 로봇을 작동시켜 작은 동물의 보행을 보조했다.

그 결과, 신경 자극을 따로 주지 않아도 전도성 하이드로젤의 조직 간 신호 전달 효과를 이용하면 로봇 보조를 통한 보행 재활 훈련이 가능하다는 점을 확인했다. 조직이 손상돼 잘 걷지 못하던 실험 쥐는 3일 만에 로봇 보조를 통한 정상적으로 보행했다.

손동희 교수는 “새로운 바이오 전자소자 플랫폼은 재활 치료가 어려운 신경근계 환자들의 재활 여건을 개선할 수 있다”며 “전기생리학적 신호 계측, 자극 성능을 활용하면 앞으로 인체 내 다양한 장기의 정밀 진단, 치료까지 확대할 수 있다”고 했다.

연구팀은 다양한 손상 조직에 전도성 하이드로젤을 주사해 회복 가능성을 확인하고, 임상 수준에서 재활 시술에 적용하기 위한 후속 연구를 하고 있다. 연구결과는 국제학술지 ‘네이처’에 2일자로 게재됐다.