김도환 한양대 교수(화학공학과), 박성민 포스텍 교수(IT융합공학과), 정재현 숭실대 교수(화학공확과) 공동 연구팀이 ‘생체친화성 가교형 이온전도체 기반 유연 신경 인터페이스 소재’를 개발했다.

이 소재는 신경을 전기적으로 자극해 질병 치료가 가능한 체내 이식형 ‘전자약 플랫폼’이다. 체내에 장기간 부착해도 부작용이 없어 난치성 배뇨질환에 획기적인 치료법이 될 것으로 보인다.

과민성 방광과 같은 난치성 배뇨질환에는 지속적인 신경자극 치료가 필요하다. 관건은 두 가지다. 신경 인터페이스 소재의 안정적인 장기 구동과 체내 면역반응의 최소화다. 기존 인터페이스는 전기자극 시 패러데이 전류를 발생시켰다. 이 전류는 신경 표면에 가스를 발생시키고 전극을 부식시키는 등 다양한 부작용을 초래했다.

연구팀은 생체친화성이 우수할 뿐 아니라 체내 조직과 기계적 물성이 유사한 생체고분자와 산화그래핀으로 가교된 ‘이온전도체 어셈블리’에서 답을 찾았다. 이 소재를 신경 인터페이스로 적용해 면역반응을 최소화한 것이다. 이온전도체의 전기화학범위가 넓다는 특성을 활용해 지속적인 전기자극에도 산화·환원 등 전기화학 반응을 일으키지 않는 ‘비(非) 패러데이’ 조건도 만족했다.

이 소재는 현재 개발된 이식형 신경자극기의 가장 큰 한계점인 장기적 구동 안정성을 획기적으로 개선할 수 있는 기술로 평가받는다. 체내적합성과 임상적 효과성 검증에도 유리해 단기간 내 상용화가 가능할 것으로 보인다.

연구팀은 신소재를 활용해 개발한 신경자극기로 보낸 전류가 쥐의 신경세포에서 아세틸콜린의 분비와 골격근의 수축을 유도하는 현상을 실시간으로 관찰했다. 지속적인 전기자극이 1회 배뇨량을 증가하고 배뇨 주기를 늘리는 것을 확인했다. 과민성 방광이 효과적으로 치료될 수 있음을 입증한 것이다.

김 교수는 “노인인구와 만성질환의 발병률이 급증하는 가운데 체내 이식형 전자약 기술의 개발은 시간과 공간의 제약 없이 고령 환자를 치료하는 차세대 치료 방법으로 활용될 것”이라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단이 추진하는 나노·소재 기술개발사업, 선도연구센터사업, 그리고 교육부, 한국연구재단이 추진하는 대학중점연구소지원사업의 지원으로 수행됐다.

조준태 기자 aim@kyosu.net

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