국내 연구진이 의료기기 신소재 개발에 성공하며 상용화 기대감을 높이고 있다.

2일 업계에 따르면 국내 연구진이 미니 망막, 염증 모니터링 전자봉합사 등을 개발하는데 성공했다.

먼저 국내 연구진이 비침습적 방식으로 망막 오가노이드에서 망막의 기능을 확인한 연구 결과를 발표했다.

강남세브란스병원 안과 이준원 교수가 세브란스병원 안과 변석호 교수, 연세대학교 신소재공학과 박장웅 교수와 함께 망막 오가노이드에서 3차원 액체금속 미세전극을 이용해 망막 발달 과정에서의 전기 신호를 정확하게 분석했다.

시각 기능에서 가장 중요한 조직 중 하나인 망막은 눈으로 들어온 빛 자극을 전기적 신호로 변환해 뇌로 전달한다.

주요 실명 원인 질환인 황반변성, 당뇨망막병증, 녹내장 등은 모두 망막에 발생하는 질환들이다.

줄기세포를 배양하거나 재조합해 만든 장기 유사체 오가노이드(organoid)는 ‘미니 장기’로 불리기도 한다. 질병 모델 및 신약 개발 등의 목적으로 활용한다.

망막을 비롯해 인간의 장기를 분석하기 위해서는 조직을 채취해야 한다. 망막은 뇌와 마찬가지로 조직을 채취할 경우 그 기능이 중대하게 손상돼 조직을 얻을 수 없다. 망막 연구에서 미니 장기 개발 기술이 더욱 중요한 이유다.

연구팀은 인공 미니 망막의 기능을 분석하기 위해 액체금속으로 3차원 미세전극을 개발했다.

기존에도 전기적 방법을 기반으로 한 분석법은 있었지만 형광 발현 방식은 미니 망막의 기능을 간접적으로 측정하는 방식으로 실제 망막 세포 기능을 관찰하는 데 어려움이 있다. 고체전극 방식은 미니 망막의 구조와 세포에 손상을 줄 위험이 컸다.

연구팀은 미니 망막 안쪽에 있는 망막 신경절 세포를 3차원 미세전극으로 타깃해 망막의 발달 단계를 전기적으로 분석했다.

분석 과정에서 사용한 3차원 미세전극은 기존 방법들과는 달리 미니 장기의 내부를 정확하게 타깃 했을 뿐만 아니라 세포를 손상하지도 않고 신경 활동을 장기간 연속적으로 기록했다.

이를 통해 미니 망막이 인간 태아의 원시 망막과 유사한 시냅스 연결성을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

이준원 교수는 "3차원 미세전극을 활용해 비침습적이고 연속적으로 미니 망막의 기능을 분석할 수 있었다"며 "이번 연구를 통해 미니 망막이 실제 인간 망막의 기능적 특성을 그대로 재현하는 데서 오가노이드의 활용 가능성을 확인했고 앞으로 망막 질환을 이해하고 치료법을 개발하는 데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.

국내 연구진이 상처 부위의 염증 수준 변화를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 전자봉합사를 개발했다.

대구경북과학기술원(DGIST) 로봇및기계전자공학과 이재홍 교수팀은 성균관대 글로벌바이오메디컬공학과 이정승 교수팀과 함께 인체 내부와 외부 상처의 염증 상태를 장기간 모니터링 할 수 있는 봉합사형 상처 모니터링 시스템을 개발하는데 성공했다.

상처의 치유 과정은 매우 복잡하며 주변 환경에 큰 영향을 받는다. 부적절한 관리로 인해 치유가 지연되면 상처는 만성화될 수 있으며 이로 인해 절단, 장애, 심지어 사망에 이를 수도 있다.

특히 만성 상처의 경우 상태를 지속적으로 정확히 모니터링하고 조기에 감염을 진단하는 것이 매우 중요하다.

이를 위해 지금까지 다양한 상처 관리 소자가 개발됐지만 대부분 밴드나 패치 형태였다. 이러한 소자들은 피부 표면의 상처만 진단할 수 있어서 피부 표층보다 깊은 곳에 위치한 상처의 치유 상태나 염증 상태를 정확하게 평가하는데 한계가 있었다.

연구팀이 개발한 시스템은 일반 의료봉합사처럼 상처를 닫는 역할을 하면서도 동시에 봉합사가 적용된 상처 부위의 염증 상태 변화를 실시간으로 감지할 수 있다.

기존의 의료봉합사는 상처를 닫는 역할만 수행한 반면 이번에 개발된 전자봉합사는 상처의 염증 상태를 지속적으로 모니터링 할 수 있는 기능을 추가해 의료 현장에서 더 효과적인 상처 관리를 가능하게 한다. 또 감염 상태를 조기에 감지해 치료시기를 놓치지 않도록 하여 상처 회복을 촉진할 수 있다.

이재홍 교수는 "이번 연구를 통해 봉합사형 체내삽입 전자소자 기술이 실제 의료 현장에서 활용될 가능성이 높아졌다"며 "향후 전자봉합사 개발뿐만 아니라 다양한 형태의 생체 신호를 측정할 수 있는 인체 삽입형 헬스케어 기기 분야 연구를 진행할 것"이라고 말했다.

국내 연구진이 뇌졸중 일으키는 혈관 협착증을 실시간으로 모니터링할 수 있는 기술을 개발했다.

경희대학교 화학공학과 박범준 교수팀은 혈관 내부의 스트레스를 실시간으로 감지하는 형광센서를 개발해 혈관 협착증과 같은 질환 연구에 새로운 길을 열었다.

심혈관 질환은 매년 수백만 명의 생명을 앗아가는 치명적인 질병 중 하나다. 이중 혈관 협착증은 동맥 내부에 플라크가 쌓여 발생하는데 혈관 속 축적된 플라크로 좁아진 혈관 벽에 큰 압력이 가해진다.

이 압력은 플라크를 파열시키거나 떨어트려 뇌졸중과 같은 심각한 문제를 일으킬 수 있다.

이를 예방하기 위해 지금까지 혈관 내부 압력을 실시간으로 모니터링하기 위한 다양한 연구가 진행됐지만 실제 혈관과 비슷한 환경에서 압력을 시각화하고 측정된 사례가 없었다.

연구팀은 공류 미세 유체 방법을 이용해 폴리다이아세틸렌(PDA) 입자를 제작했다.

이 입자는 외부 자극을 받으면 색이 변하고 빛을 내는데 연구팀은 이 특성을 이용해 혈관과 비슷한 환경에서 기계적 압력이 어떻게 작용하는지 형광 현미경을 이용해 분석했다.

유체 흐름에 따른 기계적 응력이 입자의 색 변화를 어떻게 일으키는지 측정했고 그 결과를 정량화했다.

연구 결과는 특정 신체 부위의 문제를 모사해 기계적 스트레스를 효과적으로 측정하고, 시각화할 수 있어 인체 내 접근하기 어려운 다양한 부위에서 활용될 전망이다.

박범준 교수는 "앞으로 심혈관 및 신경 질환 예방과 치료에 중요한 데이터를 제공할 것"이라며 "입자의 감도를 높여 다양한 환경에서 더 정확한 결과를 얻기 위한 추가 연구에 나설 계획"이라고 말했다.