인공피부로 손상된 피부의 감각까지 살렸다

KIST, 촉각센서 이식 바이오 인공피부 개발
바이오닉 인공피부로 동물모델 이식 성공
이식 14일뒤 대조군보다 120% 치료 효과

KIST 연구진이 촉각센서가 들어간 인공피부를 실험쥐에 이식했다. 이를 통해 외부의 자극이 신경으로 전달되고 있다. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 손상된 피부의 감각까지 살릴 수 있는 인공피부를 개발했다. 이 인공피부는 화상이나 피부질환, 외상 등으로 자연치유가 불가능한 곳의 피부를 대체할 수 있으며, 새 살이 돋아나는 효과까지 보였다.

18일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면, KIST 생체재료연구센터 정영미 박사와 스핀융합연구단 이현정 박사 연구팀이 인체 이식형 촉각센서가 들어간 스마트 바이오닉 인공피부를 개발했다.

신경조직까지 손상된 피부는 생명 유지 활동에 필수적인 감각인지 기능 상실을 유발하고 정신적, 신체적 고통 또한 안겨준다. 자연치유가 불가능할 정도로 손상 정도가 심각할 경우 해당 부위에 인공피부를 이식하는 수술적 치료가 필요하다. 하지만, 현재까지 개발된 인공피부는 피부조직과 유사한 구조와 환경을 제공하면서 피부재생에 초점을 맞추었을 뿐 환자들의 감각을 회복시키지는 못했다.

피부재생에 초점을 두고 있었던 기존의 인공피부와 달리 스마트 바이오닉 인공피부는 생체적합성이 높은 소재와 전자소자로 촉각 기능 전달 시스템이 융합돼 영구적으로 손상된 촉각까지도 복원할 수 있다.

연구진은 이 인공피부를 피부가 손상된 쥐에 이식한 뒤 20일 이상 관찰했다. 그결과, 이식 후 14일이 지나자 대조군 대비 120% 이상 상처가 치료됐다. 또한, 사람의 손끝에서 느끼는 압력 범위와 유사한 10~40kPa에서의 외부 변화를 감지하고 이에 맞는 전기 신호 조절을 통해 쥐의 반응이 달라지는 것을 확인했다.

무엇보다 이 인공피부는 감각 전달 및 피부재생에 효과적이다.손상된 피부의 피하 지방층을 따라 직접 신경에 이식하는 방식이어서 신경이 손상된 환자의 피부재생 후에는 촉각센서가 피하 층에서 작동해 일상생활에서의 자립성을 크게 향상할 수 있다.

뿐만아니라 피부의 탄력과 조직의 결합을 담당하는 콜라겐과 피브린이 상처 주변에 있는 피부세포의 증식과 분화를 유발해 피부재생을 촉진했다.

KIST 연구진이 공동연구를 통해 개발한 ‘인체 이식형 촉각 기능 스마트 바이오닉 인공피부’의 구성 요소인 바이오 인공피부, 유연 압력 센서, 전자 촉각 리셉터, 신경 인터페이싱 전극을 나타낸다. KIST 제공

우선 연구진은 피부의 주요성분인 콜라겐과 피브린으로 이뤄진 하이드로겔에 압력 센서를 삽입했다. 이 압력센서에는 전자 촉각 리셉터와 촉각 신경 인터페이싱 전극이 들어가 있다.

이 장치들은 미세한 압력이나 다른 자극을 감지해 전기 신호로 변환하고 신경으로 전달한다.

정영미 박사는 "이번 연구 성과는 생체재료와 전자소자 기술을 효과적으로 결합한 소자, 소재, 재생의학 융합연구의 결과"라며, "상용화를 위해 의료기관, 기업 등과의 협업을 통해 추가 임상실험을 진행할 예정이며, 온도, 진동, 통증 등 피부조직의 다양한 기능을 재건하는 연구로도 확장할 계획"이라고 말했다.

연구진은 연세대 유기준 교수, 성균관대 김태일 교수와 함께 개발한 스마트 바이오닉 인공피부를 국제 융합연구의 세계적 권위 국제학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자