△ 신개념 의료기기 기술이 잇따라 개발되고 있다.

국내에서 차세대 의료기기 기술을 잇따라 개발해 상용화 기대감을 높이고 있다.

4일 의료계 등에 따르면 국내 연구진이 암유전자 실시간 추적 바이오센서, 차세대 전도성 생체접착제, 아토피 환자 맞춤 치료용 인공 피부 등을 개발하는데 성공했다.

부산대학교 생명과학과 김태진 교수는 최근 제약학과 윤화영 교수와 함께 암유전자 KRAS 단백질과 하위 신호 단백질(RAF) 사이의 상호작용을 정량적으로 추적하는 '하이브리드 바이오센서 플랫폼'을 구축했다.

그동안 살아있는 세포 내에서 단백질 간 상호작용을 실시간으로 관찰하는 데는 기술적 한계가 있었다.

연구팀은 형광(FRET)과 발광(BRET) 기술을 하나로 통합한 바이오센서로 이 난제를 해결했다.

암세포 내에서 KRAS 돌연변이가 정상 유전자에 비해 얼마나 강하게 결합하고 지속해 활성화되는지를 실시간 영상으로 입증하는 데 성공했다.

연구팀은 이번 기술을 활용해 현재 임상 단계에 있는 KRAS 표적 저해제인 '소토라십(Sotorasib)' 등을 처리했을 때 암 신호가 감소하는 과정을 정량적으로 확인해 약물 효과를 평가했다.

이는 해당 바이오센서가 신약후보 물질의 효능과 선택성을 정밀하게 검증하는 플랫폼으로 활용될 수 있음을 의미한다.

연구팀은 KRAS는 오랫동안 '공략하기 어려운' 표적으로 여겨졌지만 최근 표적 치료제가 등장하면서 정밀한 기능 분석 기술의 중요성이 커지고 있어 변이 특이적 치료제 개발을 가속하는 핵심 기술이 될 것으로 기대했다.

POSTECH(포항공과학기술대학교) 화학공학과·융합대학원 차형준 교수팀은 최근 국립부경대  휴먼바이오융합전공 송강일 교수와 함께 손상된 근육·신경 재생을 돕고 이식형 의료기기의 안정성을 높이는 신개념 생체접착제를 개발했다.

홍합이 바위에 강하게 달라붙는 원리를 착안한 이 접착제는 기존 접착제의 한계를 극복했다. 기존에는 체내 습윤 환경에서 접착력이 약하고 전기 전도성이 낮아 근육·신경 연결이나 의료기기 부착이 어려웠다.

연구팀은 물과 섞이지 않는 불섞임성과 전도성을 동시에 갖춘 액상 단백질 기반 접착제를 개발했다.

여기에 전기 자극으로 단백질을 손쉽게 가교하는 기술을 더해 접착제가 수 초 만에 젤 상태로 굳어 원하는 위치에 정확히 고정되도록 했다.

실험 결과 절단된 근육 조직에 접착제를 적용하자 끊어졌던 신경과 근육 간 전기 신호가 복원됐다. 별도의 봉합 없이도 근육 재생이 촉진되고 운동 기능이 즉시 회복됐다.

또 의료용 전자소자 이식 실험에서도 성공적이었다. 접착제를 사용하면 봉합사나 독성 화학 접착제 없이 장기 표면에 소자를 안정적으로 부착할 수 있으며 장기와 전자소자 간 전기 저항이 낮아져 장기간 안정적인 생체 신호 모니터링이 가능했다.

연구팀은 이번 연구는 단순히 잘 붙는 접착제를 넘어 체내 환경에서도 생체 신호를 안정적으로 전달할 수 있는 새로운 생체소재 기술을 제시했으며 신경 재생 치료는 물론 차세대 이식형 생체 전자소자를 위한 핵심 소재로 재활의학과 헬스케어 분야에 크게 기여할 것으로 기대했다.

연세대학교 의과대학 의생명과학부 김락균 교수팀은 최근 인천대 박경민 교수, 고려대 최정민 교수팀과 함께 아토피 피부염의 미세환경을 실제 피부와 유사하게 재현한 '3차원 인공 피부 모델'을 개발했다.

기존 아토피 연구는 주로 2차원 세포 배양이나 동물 실험을 통해 진행해왔다.

하지만 이는 구조세포와 면역세포의 상호작용, 특유의 저산소(Hypoxia) 환경 등 실제 환자의 피부 조직에서 나타나는 복잡한 병태생리를 반영하지 못해 약물 반응을 정확히 예측하는 데 한계가 있었다.

특히 가려움은 단순한 염증 반응이 아니라 피부 구조세포, 면역 반응, 감각 신경이 얽힌 복합 증상임에도 불구하고 이를 통합적으로 연구할 수 있는 실험 플랫폼은 부족했다. 

연구팀은 먼저 아토피 환자의 피부 조직을 세포 단위에서 분석하는 '단일세포 RNA 시퀀싱'을 통해 가려움 유발 인자를 과발현하는 특정 섬유아세포(COL6A5) 아형을 찾아냈다.

이 세포들은 감각 신경과 상호작용하며 만성 가려움을 유발할 가능성을 보였다. 

연구팀은 이어 젤라틴 기반의 특수 하이드로젤을 이용해 이 세포들이 생존할 수 있는 3차원 구조체를 제작했다.

이 모델은 산소 확산을 정밀하게 제어해 환자의 병변과 유사한 저산소 상태를 형성할 수 있도록 설계됐다.

여기에 아토피 피부염의 핵심 면역 자극 인자를 적용해 실제 질환과 유사한 염증·저산소 미세환경을 재현했다.

연구 결과 이 인공 피부 모델 내에서 저산소 환경에 노출된 세포들은 가려움 관련 인자를 급격히 내뿜었으며 함께 배양된 감각 신경세포를 활성화하는 과정이 실시간으로 확인됐다.

이는 아토피의 핵심 증상인 가려움증이 피부 구조-면역체계-신경계의 복합적인 상호작용에 의해 발생함을 실험적으로 증명한 것이다.

연구팀에 따르면 이번 연구는 환자의 유전체 빅데이터를 기반으로 실험 모델을 설계함으로써 임상 현장과 실험실의 간극을 획기적으로 줄였다는 점에서 의미가 있다.

특히 동물 실험 의존도를 낮추면서도 인간 질환의 특성을 정확히 반영할 수 있어 향후 신약 후보 물질의 효능 평가와 환자 맞춤형 정밀 의료 기술에 널리 활용될 전망이다.

연구팀은 환자별 맞춤형 치료 전략 수립에 활용될 수 있어 임상 현장의 치료 패러다임을 바꿀 수 있는 기술적 토대가 될 것으로 앞으로 아토피뿐만 아니라 만성 염증성 피부질환 전반의 치료 전략 수립에도 활용할수 있을 것으로 기대했다.

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#바이오센서#생체접착제#인공피부