국내 연구진이 화상이나 사고, 피부질환 등으로 신경조직까지 손상된 피부의 재생을 돕고 촉각 정보를 감지해 신경에 전달할 수 있는 인공피부를 개발, 생쥐모델 실험에서 효과가 확인했다.

18일 한국과학기술연구원(KIST)은 생체재료연구센터 정영미 박사, 스핀융합연구단 이현정 박사 연구팀이 연세대 유기준 교수, 성균관대 김태일 교수와 공동으로 인체 이식형 촉각 기능 스마트 바이오닉 인공피부를 개발했다고 밝혔다.

신경조직 손상을 동반한 심각한 피부 결손은 정신적, 신체적 고통은 물론 생명 유지 활동에 필수적인 감각인지 기능 상실을 유발하는데, 손상 부위에 인공피부를 이식하는 수술적 치료는 가능하지만, 현재 개발된 인공피부는 피부조직과 유사한 구조와 환경을 제공해 피부재생을 도울 수는 있어도 감각을 회복시키지는 못한다.

▲ 인체 이식형 촉각 기능 스마트 바이오닉 인공피부 메커니즘. 인체 이식형 촉각 기능 스마트 바이오닉 인공피부에서 외부자극이 신경으로 전달되는 경로. ①인공피부에 삽입된 유연 압력 센서가 외부 압력 감지 ②전자 촉각 리셉터가 감지된 압력을 전기 신호로 변환 ③,④전기 신호가 신경 인터페이싱 전극을 따라 신경에 전달.

연구팀은 그러나 이번에 개발한 스마트 바이오닉 인공피부는 피부재생을 돕는 생체적합성이 높은 소재와 전자소자로 구현된 촉각 전달 시스템이 융합돼 영구적으로 손상된 촉각까지도 복원할 수 있다고 말했다.

연구팀은 피부의 주요 성분인 콜라겐과 피브린(fibrin)으로 구성된 하이드로겔로 만든 인공피부에 유연 압력 센서를 삽입, 인공피부에 가해지는 미세한 압력변화도 감지할 수 있게 했다.

콜라겐과 피브린 인공피부는 주변 피부세포의 증식과 분화를 유발해 피부재생을 촉진하고, 센서에 감지된 압력변화는 전자 촉각 리셉터를 통해 전기신호로 변환되며, 촉각 신경 인터페이싱 전극이 이를 신경에 전달한다고 연구팀은 설명했다.

스마트 바이오닉 인공피부를 심각한 피부의 손상을 입은 쥐에 이식한 결과 피부재생 촉진 효과가 이식 후 14일 경과 시점에 인공피부를 이식하지 않은 대조군보다 120% 이상 우수한 것으로 나타났다.

또 유연 압력 센서는 사람 손끝에서 느끼는 압력 범위와 유사한 10~40㎪(킬로파스칼)의 외부 압력을 감지했으며, 압력 강도에 따라 전기 신호가 조절되고, 촉각 신경 인터페이싱 전극에 연결된 좌골신경에 전달돼 쥐의 반응도 달라지는 것으로 확인됐다.

연구팀은 스마트 바이오닉 인공피부는 손상된 피부의 피하 지방층을 따라 직접 신경에 이식하는 방식이어서 감각 전달 및 피부재생에 효과적이라며 감각기능이 퇴화한 노년층도 촉각 기능 전자소자를 피하에 직접 삽입하면 감각 기능을 회복할 수 있을 것으로 기대된다고 밝혔다.

정영미 박사는 "이 연구는 생체재료와 전자소자 기술을 결합한 소자, 소재, 재생의학 융합연구의 결과"라며 "상용화를 위해 의료기관, 기업 등과 협업해 추가 임상실험을 진행하고, 온도, 진동, 통증 등 피부조직의 다양한 기능을 재건하는 연구로도 확장할 계획"이라고 말했다.

이 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications) 최신호에 게재됐다.

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