근육이나 신경 손상 초기에 빠른 재생을 돕는 새로운 조직 보형물 소재가 개발됐다.

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

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

 손상된 신경·근육 회복에 보행 보조 로봇 등 웨어러블 장치와 체내 이식형 소자가 통합된 '폐회로 보행 재활 기술'이 주목받지만, 체외 장치와 체내 조직 연결 소자들 크기가 커 복잡하고 손상 된 작은 조직 영역에 이식하기 어려웠다.

 연구팀은 피부 미용용 필러로 쓰이는 히알루로산 소재를 기반으로 생체조직처럼 부드러운 하이드로젤 소재를 만들었다. 여기에 금 나노입자를 투입해 전기 저항을 낮췄다.

 또 분자들이 자유롭게 재배열하게 제조해 필러처럼 주사로 국소적 손상 부위에 주입할 수 있게 했다.

 손상된 근육과 신경에 제작한 보형물을 주사로 주입했을 때, 좁고 거친 손상 조직 표면에 보형물이 밀착 접촉되는 것을 확인했다. 보형물이 조직 손상 부위를 채워 건강한 조직에서 발생하는 전기생리학적 신호를 성공적으로 전달했다.

 연구팀은 경골 전방 근육이 심하게 손상된 설치류 모델 동물실험에서 조직 손상 부위에 제작한 보형물을 주사하고, 말초신경에 전기 자극을 가할 수 있도록 인터페이싱 소자를 이식했다.

 전도성 하이드로젤을 손상 부위에 채우는 것만으로도 조직 재생이 개선됐다.

 신경 전기 자극을 줬을 때 발생하는 근전도 신호를 계측해 보행 보조 로봇을 작동, 보행을 성공적으로 보조했다.

 신경 자극을 따로 주지 않아도 전도성 하이드로젤의 조직 간 신호 전달 효과를 이용하면 로봇 보조를 통한 보행 재활 훈련이 가능하다는 점도 확인했다고 연구팀은 설명했다.

 조직이 손상돼 잘 걷지 못하던 실험 쥐는 3일 만에 로봇 보조를 통한 정상적 보행이 가능했다.

 신미경 교수는 "근육과 말초신경뿐 아니라 뇌, 심장 등 다양한 장기에 적용할 수 있는 조직 재생용 신물질로 활용 가능할 것"이라고 말했다.

 연구팀은 임상 수준에서 최소침습적 재활 시술로 이어지게 하기 위한 후속 연구를 진행 중이다.

 연구 결과는 이날 세계 최고 권위의 국제학술지 '네이처'(Nature) 온라인판에 실렸다.