[위즈뉴스] 국내 연구진이 피부재생과 감각전달이 동시에 가능한 인공피부를 개발했다. 

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

자연치유가 불가능할 정도로 손상 정도가 심각할 경우 해당 부위에 인공피부를 이식하는 수술적 치료가 필요하지만, 현재까지 개발된 인공피부는 피부조직과 유사한 구조와 환경을 제공하면서 피부재생에 초점을 맞추었을 뿐 환자들의 감각을 회복시키지는 못했다.

연구팀은 "이번에 개발된 스마트 바이오닉 인공피부는 피부재생에 초점을 두고 있었던 기존의 인공피부와 달리 생체적합성이 높은 소재와 전자소자로 구현된 촉각 기능 전달 시스템이 융합돼 영구적으로 손상된 촉각까지도 복원할 수 있다"고 밝혔다.

이번 연구 결과를 담은 논문은 SCI급 저명 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications, IF=16.6)' 1월 2일자 온라인에 게재됐다.

논문명은 'Bionic artificial skin with a fully implantable wireless tactile sensory system for wound healing and restoring skin tactile function'이며, KIST 정영미 박사와 이현정 박사, 성균관대 김태일 교수, 연세대 유기준 교수가 공동 교신저자로, 연세대 강교원 박사 후 연구원과 KIST 예성렬 석박통합과정 연구원, 성균관대 정찬호 박사 후 연구원, KIST 정진모 박사 후 연구원이 공동 제1저자로 참여했다.

"이번 연구는 생체재료와 전자소자 기술 결합한 융합연구의 결과"

KIST 정영미 박사는 “이번 연구 성과는 생체재료와 전자소자 기술을 효과적으로 결합한 소자, 소재, 재생의학 융합연구의 결과”라며 “상용화를 위해 의료기관, 기업 등과의 협업을 통해 추가 임상실험을 진행할 예정이며, 온도, 진동, 통증 등 피부조직의 다양한 기능을 재건하는 연구로도 확장할 계획”이라고 말했다.

연구팀이 개발한 인공피부는 피부의 주요 성분인 콜라겐과 피브린(fibrin)으로 구성된 하이드로겔로 유연 압력 센서를 삽입해 외부의 미세한 압력변화도 감지할 수 있다.

감지된 압력변화는 전자 촉각 리셉터를 통해 전기 신호로 변환되고, 촉각 신경 인터페이싱 전극이 이를 신경에 전달해 피부와 동일한 촉각 기능을 수행할 수 있게 한다. 그뿐만 아니라 피부의 탄력과 조직의 결합을 담당하는 콜라겐과 피브린이 상처 주변에 있는 피부세포의 증식과 분화를 유발해 피부재생을 촉진하는 것 또한 확인했다.

리셉터란 외부에서 발생한 압력이나 다른 자극을 감지하여 전기적 신호로 변환하는 장치이며, 인터페이싱 전극이란 외부에서 발생한 미세한 압력이나 다른 자극을 전기적 신호로 변환하여 신경으로 전달하는 장치를 말한다. 

스마트 바이오닉 인공피부를 심각한 피부 손상을 입은 쥐에 이식해 피부재생 촉진 효과와 촉각 기능의 재건 효과를 실험한 결과, 이식 후 14일 경과 시점에 대조군 대비 120% 이상 상처 치료 효과를 보였다.

또한, 사람의 손끝에서 느끼는 압력 범위와 유사한 10~40kPa에서의 외부 변화를 감지하고 이에 맞는 전기 신호 조절을 통해 쥐의 반응이 달라지는 것을 확인했다.

무엇보다 연구팀이 개발한 인공피부는 손상된 피부의 피하 지방층을 따라 직접 신경에 이식하는 방식이어서 감각 전달 및 피부재생에 효과적이다.

[그림설명] 통합 디바이스를 통한 외부 자극의 신경 전달 메커니즘
위 그림은 본 연구진이 개발한 통합 디바이스를 통해 외부 자극이 신경으로 전달되는 경로를 나타내는 모식도이다. ①.인공피부에 삽입되어 있는 유연 압력 센서를 통해 외부 압력이 전달되고, ②.전자 촉각 리셉터를 통해 외부 압력이 전기 신호로 변환된다. ③,④.전기 신호가 신경 인터페이싱 전극을 따라 신경에 전달된다.

신경이 손상된 환자의 피부재생 후에는 촉각센서가 피하 층에서 작동해 일상생활에서의 자립성을 크게 향상할 수 있다. 감각기능이 퇴화한 노년층의 경우에도 고밀도 집적 기술로 제작한 촉각 기능 전자소자를 피하에 직접 삽입하면 퇴화한 감각기능을 회복할 수 있을 것으로 기대된다.

고밀도 집적기술이란 많은 수의 소자들을 작고 조밀하게 배치하는 기술을 말한다.  

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원으로 나노·소재원천기술개발사업을 통해 수행됐다.

정 현 기자 다른기사 보기