연구성과

화공 차형준-기계 임근배 교수 공동연구팀, 해양생물 유래 접착단백질 기반의 체내외 상처 봉합용 마이크로니들 접착 패치 개발

2019-09-04 608

[홍합 접착단백질의 우수한 표면 접착과 기생충 유래의 팽윤성 기생 원리를 이용한 약물전달 능력을 갖춘 생분해성 접착 패치]

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화학공학과 차형준 교수 연구팀(주연구자 전은영 박사)과 기계공학과 임근배 교수 연구팀(이중호 박사과정)은 해양생물인 홍합이 만드는 접착소재와 기생충의 팽윤성 입의 기생 원리에 착안하여, 단백질 기반의 국소 팽윤이 가능한 마이크로니들 접착 패치를 제작함으로써, 봉합사를 이용한 완전 봉합 및 재생이 어려운 상처 조직에 쉽고 빠르게 적용 가능한 새로운 개념의 생분해성 생체 접착 플랫폼을 개발했다.

이번 연구결과는 해양수산부가 지원하는 「해양수산생명공학 R&D」 사업 중 “해양 섬유복합소재 및 바이오플라스틱소재 기술개발” 과제의 지원을 받아 얻어낸 성과물이다.

종래의 상처 봉합을 위해 주로 사용되는 봉합사 및 스테이플과 같은 기계적 고정법의 경우, 강하고 깊은 투과로 인한 조직 손상, 흉터, 체액 누출 및 연약한 조직에 적용 불가 등과 같은 문제점이 계속적으로 지적되어 왔다. 이를 개선하기 위한 의료용 접착제에 대한 연구가 경쟁적으로 진행되고 있지만, 현재 사용 중인 시아노아크릴레이트와 피브린 등의 의료용 제품의 경우, 생체 독성, 부족한 생분해성 및 제한적인 조직 접착능으로 인해, 혈액 및 체액이 존재하는 체내 상처 조직에는 적용이 어려운 실정이다. 따라서, 우수한 생체 접착력, 누공 밀폐력, 생체 적합성, 생분해성 등을 갖춘 새로운 의료용 접착 소재의 개발이 절실하다.

마이크로니들 기술은 피하주사바늘과 달리 조직층을 관통하는 마이크로 크기의 채널을 형성하여, 통증 없이 국부적이고 효과적인 약물 전달 플랫폼으로 각광받고 있다. 주로 백신, 호르몬 등을 포함하는 유효 물질을 빠르게 경피 내로 전달하는 것을 목적으로 개발되어 왔다.

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연구팀은 이러한 마이크로니들 기술을 생체조직 접합에 활용하기 위해 기생충의 팽윤성 입에 착안한 생분해성 마이크로니들 접착 패치를 개발하였다. 비팽윤성 실크 피브로인 내부층과 팽윤성 홍합 접착단백질/히알루론산 외곽층으로 구성된 이중 층의 마이크로니들 구조를 고안하여, 안정적인 조직 투과 후 뒤따른 외곽층의 빠른 체액 흡수에 의해 원래 부피보다 6배 가까이 부풀 수 있어, 물리적 고정 효과와 홍합 접착단백질 기반의 우수한 표면 접착능력을 통해 안정적인 조직 접합이 가능함을 확인했다. 또한, 돼지 소장을 이용한 실험을 통해, 젖은 생체 표면에도 쉽고 빠르게 적용 가능하며, 사람의 평균 동맥 혈압보다 높은 수준의 누공 밀폐력이 입증됐다. 더 나아가, 쥐를 이용한 높은 장력을 동반하는 피부 창상 모델과 누액 및 지속적인 연동운동을 동반하는 소장 누공 모델에 적용하여, 우수한 상처 봉합뿐만 아니라, 생체적합성 및 생분해성이 확인되어, 의료용 생체 소재로서 그 활용 가치가 입증되었다.

이번에 개발된 해양생물 유래의 마이크로니들 접착 패치의 경우, 기존의 조직 접착제와 달리 조직 내로 직접적인 약물전달 능력도 확인되어, 상처 부위에 접착 패치 역할을 하는 동시에, 마이크로 채널 형성을 통한 약물전달을 통해 만성궤양, 비대성 흉터, 피부암 등의 다양한 질병 치료의 목적으로도 활용될 수 있어 더욱 기대를 모은다.

이번 연구결과는 생체 소재 분야의 세계적 권위지인 ‘바이오머티리얼즈(Biomaterials)’에 온라인 게재되었으며, 특허 출원을 통해 원천 지식재산권도 확보하였다. (논문명: Bio-inspired swellable hydrogel-forming double-layered adhesive microneedle protein patch for regenerative internal/external surgical closure)

연구를 주도한 차형준 교수는 “개발된 국소 팽윤이 가능한 생분해성 마이크로니들 접착 패치는 젖은 생체 표면에도 쉽고 빠른 적용 및 약물 전달이 가능하여, 봉합사 적용이 매우 어려운 상처 조직 및 완전한 누액 차단을 요구하는 장 천공 등에 커다란 활용 가능할 것”이라고 연구의 의의를 밝혔다.