△ 신개념 의료기기 기술이 잇따라 개발되고 있다.

국내에서 차세대 의료기기 기술을 잇따라 개발해 상용화 기대감을 높이고 있다.

3일 의료계 등에 따르면 국내 연구진들은 최근 삽입형 의료기기용 고효율 무선전력전송 반도체 칩, 혈액만으로 초기 폐암 진단·예후 예측 가능한 바이오마커, 상처에서 젤로 변하는 분말형 상처 재생소재 등을 개발하는데 성공했다.

울산과학기술원(UNIST) 전기전자공학과 변영재 교수팀은 최근 체내 삽입 기기 내부의 전력 사용량에 맞춰 전기 에너지 전달 경로를 변경하는 무선 전력 전송 기술을 개발했다.

심박동기 같은 체내 삽입형 기기에는 신경을 자극하는 회로처럼 큰 전류가 필요한 고부하 회로와 데이터 처리 회로처럼 적은 전류로 동작하는 저부하 회로가 함께 들어간다. 

부하가 달라지면 전력이 기기 안으로 가장 효율적으로 들어가는 조건도 달라지지만 기존 충전 기술은 이 조건을 하나로 고정해 기기 작동 상황에 따라 전력 손실이 발생할 수 있다. 

전력 손실은 발열 문제로도 이어져 주변 조직을 손상하거나 이물 반응을 유발할 수 있다. 

연구팀이 개발한 무선충전 기술은 고부하와 저부하 상황을 구분하고 각각의 상황에 맞는 '전용 정합 회로(Matching Network)'를 적용해 전력 전달 효율을 높였다.

정합 회로는 송신코일에서 넘어온 전력이 수신코일을 거쳐 기기 안으로 잘 들어오도록 조건을 맞춰주는 일종의 관문 회로다.

부하가 달라질 때마다 내부 전자 스위치가 고부하와 저부하에 맞는 정합 회로를 각각 연결해 수신코일에서 들어온 전력이 기기 안으로 더 잘 넘어가도록 한 것이다.

또 교류 전력을 직류 전력으로 바꾸는 정류 회로의 효율도 함께 높였다. 몸 밖에서 넘어온 전력은 수신코일에 교류 형태로 전달되는데 실제 의료기기 회로가 이를 쓰려면 직류 전력으로 바꿔야 한다. 

연구팀은 이 과정에서 스위치가 켜지고 꺼지는 시점을 조절하는 기술을 적용해 변환 과정의 손실을 줄였다.

실험에서 송신코일에서 수신코일까지 전력이 넘어오는 비율인 링크 효율은 저부하 조건인 3mA에서 94.4%, 고부하 조건인 30mA에서 92.7%를 기록했다. 교류 전력을 직류 전력으로 바꾸는 능동 정류기의 전력 변환 효율도 최고 94.5%였으며 입력 전압이 2.5~5.0V로 달라져도 92.3% 이상의 효율을 유지했다.

연구팀은 이번 기술이 향후 장시간 사용이 필요한 체내 삽입형 의료기기의 안정성과 사용 시간을 높이는 데 기여할 것으로 내다봤다.

고려대학교 구로병원 심장혈관흉부외과 김현구 교수는 고려대학교 의과대학 의과학과 최병현 연구교수, 통계학과 안형진 교수, 바이오의공학과 최연호 교수와 함께 혈액 내 작은 세포외소포(small extracellular vesicle, sEV)에 존재하는 'GRIP 및 코일드코일 도메인 함유 단백질2(GRIP and coiled-coil domain-containing protein 2, GCC2 단백질)'이 초기 폐암의 진단과 예후 예측에 활용될 수 있음을 확인했다.

폐암은 국내외에서 사망률이 높은 암종 중 하나로 조기 발견이 치료 성적을 높이는 핵심 요소로 꼽힌다. 그러나 초기 폐암은 증상이 뚜렷하지 않은 경우가 많아 영상검사나 조직검사에 의존하는 기존 진단 방식만으로는 조기 진단과 예후 예측에 한계가 있었다.

연구팀은 혈액 속 sEV에 포함된 GCC2 단백질에 주목했다. 

sEV는 세포가 분비하는 나노 크기의 물질로 암세포의 특성과 질병 진행 상태를 반영할 수 있어 액체생검 기반 바이오마커로 활발히 연구되고 있다. 

연구팀은 국내 5개 병원과의 다기관 협력을 통해 고려대 구로병원, 분당서울대병원, 강남세브란스병원, 서울아산병원, 삼성서울병원에서 확보한 임상자료와 혈액 샘플을 바탕으로 정상 대조군 150명과 폐 선암 환자 320명 등 총 470명의 혈장 샘플을 분석했다.

분석 결과 폐 선암 환자에서 혈액 내 sEV-GCC2 농도는 정상 대조군보다 유의하게 높았다.

특히 sEV-GCC2은 정상 대조군과 폐 선암 환자를 높은 정확도로 구분해(AUC 0.904) 혈액 기반 초기 폐암 진단 바이오마커로서의 가능성을 확인했다.

또 sEV-GCC2는 폐암의 존재 여부뿐만 아니라 환자의 예후와도 관련이 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 수술 전 혈액 내 sEV-GCC2 농도가 높은 환자군에서 재발 위험 및 무재발 생존과의 관련성을 확인했으며 이를 통해 수술 후 재발 위험 평가와 환자별 치료 전략 수립에 활용될 가능성도 제시했다.

아울러 연구팀은 세포 및 동물실험을 통해 sEV-GCC2가 암세포 증식, 종양 성장, 림프절 전이와 관련될 수 있음을 확인함으로써 GCC2가 단순한 진단 바이오마커를 넘어 폐암의 진행 및 악성화에 관여하는 표적 물질이 될 가능성도 확인했다.

연구팀은 이번 성과가 초기 폐암의 비침습적 진단과 예후 예측, 나아가 폐암 표적 치료 연구의 기반을 마련했다는 점에서 후속 검증 연구를 이어갈 계획이다.

고려대학교 안암병원 정형외과 장우영 교수는 최근 고려대 의대 나노표지자의학연구소 황장선 연구교수, 한국과학기술연구원(KIST) 류진 박사팀과 함께 상처에 뿌린 분말이 상처 부위의 수분과 접하면 젤 형태로 바뀌도록 설계해 모양이 불규칙한 상처에도 밀착해 적용할 수 있고 항균, 지혈, 염증 조절, 조직 재생을 함께 유도할 수 있는 가능성을 확인했다.

연구팀이 개발한 소재는 평소에는 분말 상태이나, 상처 부위의 삼출액이나 수분을 만나면 현장에서 즉시 젤로 변한다

젤이 된 뒤에는 상처 표면에 밀착해 보호막을 형성하고 상처가 굴곡져 있거나 깊이가 달라도 고르게 덮을 수 있다.

별도의 복잡한 준비 과정 없이 상처 부위에 직접 적용할 수 있다는 점에서 실제 치료 현장에서의 활용 가능성을 높인 접근이다.

연구팀은 키토산과 폴리아크릴산을 기반으로 한 분말형 하이드로겔에 사람 태반 유래 탈세포 세포외기질을 결합했다.

키토산은 생체친화성과 항균·지혈 특성을 가진 물질로 알려져 있으며 폴리아크릴산은 수분을 잘 흡수하고 조직 표면과 상호작용할 수 있는 고분자 소재다.

두 물질은 수분을 만나면 빠르게 젤을 형성하도록 돕고, 상처 표면에 안정적으로 밀착하는 구조를 만든다.

연구팀은 개발 소재가 실제 상처 환경에서 작동할 수 있는지 단계적으로 검증했다.

먼저 키토산과 폴리아크릴산의 비율을 조절해 수분을 만났을 때 빠르게 젤을 형성하고 상처 표면에 안정적으로 밀착할 수 있는 조성을 찾았다.

최적화된 분말은 스프레이 방식으로 막힘 없이 분사됐고 수분을 만나 젤로 바뀐 뒤에도 움직임이 있는 환경에서 접착력을 유지했다. 또 필요할 때 비교적 깨끗하게 제거될 수 있는 특성도 확인됐다.

이어 감염과 안전성에 대한 기본 평가를 진행했다. 대장균과 황색포도상구균을 이용한 실험에서 개발 소재는 세균 생존율을 크게 낮췄다.

최적화된 하이드로겔 조성에서 대장균 생존율은 1% 미만으로 낮아졌고 황색포도상구균 생존율도 10% 미만으로 감소했다.

사람 피부 섬유아세포와 혈액을 이용한 실험에서는 세포 생존율과 혈액 적합성이 안정적으로 유지됐고 상처 회복과 관련된 세포 반응도 확인됐다.

지혈 기능에서도 의미 있는 결과가 나타났다. 혈액 응고 실험에서는 하이드로겔을 적용한 경우 약 2분 만에 응고가 관찰돼, 아무 처리를 하지 않은 경우 약 7분보다 빠른 응고 반응을 보였다. 출혈 모델에서도 하이드로겔 적용군의 출혈량은 약 79% 적었다

정상 모델과 당뇨병성 상처 모델에 개발 소재를 적용한 실험에서 하이드로겔을 적용한 군이 아무 처치 없이 자연치유를 관찰한 군보다 상처 면적이 더 빠르게 줄었다. 조직검사에서도 표피 재생과 콜라겐 형성이 더 뚜렷하게 나타났다.

연구팀에 따르면 이번 연구는 태반 유래 세포외기질을 복잡한 처리 과정 없이 분말형 플랫폼에 적용하고 상처 수분만으로 젤화되도록 구현했다는 점에서 의미가 있다.

특히 개발 소재는 상처를 덮는 기능에 항균, 지혈, 염증 조절, 조직 재생 기능을 더한 재생 드레싱 플랫폼으로, 당뇨병성 상처처럼 회복이 더딘 상처 관리에 활용될 가능성을 제시했다.

연구팀은 이번 연구의 핵심은 태반 유래 재생 소재를 실제 상처 환경에서 쉽게 쓸 수 있는 분말형 플랫폼으로 구현했다는 데 있으며 상처의 수분을 이용해 현장에서 바로 젤을 형성하는 방식은 당뇨발처럼 형태가 불규칙하고 관리가 어려운 상처에 유용하게 활용될 것으로 기대했다.

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#무선전력전송#폐암진단#상처재생소재