환자의 신경 크기와 형태에 맞춰 제작할 수 있고, 치료가 끝난 뒤에는 체내에서 분해되는 맞춤형 무선 전자약 기술이 개발됐다. 체내 배터리나 피부 밖으로 연결되는 전선 없이 무선으로 신경을 자극할 수 있어, 향후 손상된 신경 치료에 활용될 것으로 기대된다.
아주대병원 재활의학과 현정근 교수는 서울대학교 재료공학부 강승균 교수팀과 공동연구를 통해 체내에서 분해되는 무선 전자약을 3D 프린팅으로 제작하고, 동물실험에서 말초신경 자극과 기능 회복 가능성을 확인했다.
최근 전기자극으로 손상된 신경의 재생을 돕는 삽입형 전자약 연구가 활발히 진행되고 있다. 다만 체내에 남는 장치는 치료 후 제거 수술이 필요할 수 있다. 생분해성 전자장치 역시 기존에는 제조와 조립 과정이 복잡해 신경의 크기와 형태에 맞춰 제작하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 전도체·반도체·절연체와 보호층을 구성하는 생분해성 전자 잉크를 개발했다. 여기에 여러 소재를 함께 출력하는 3D 프린팅 기술을 적용해 무선 전력 수신부, 반도체 소자, 자극 전극 등 전자약의 핵심 구성요소를 신경을 감싸는 입체 구조 안에 통합했다.
이 장치는 몸 밖에서 무선으로 전력을 공급받아 신경에 전기자극을 전달하기 때문에 체내 배터리나 피부 밖으로 노출되는 전선 없이 작동한다. 또한 3D 설계를 통해 크기와 형태를 조절할 수 있어 환자별 신경 구조에 맞춘 제작이 가능하다.
소동물 실험에서는 무선 자극에 따른 근육 반응을 확인했으며, 말초신경 손상 후 1시간의 전기자극을 시행한 뒤 8주 시점에서 기능 회복을 관찰했다. 대동물 실험에서도 신경을 감싸는 장치를 이식해 무선으로 신경 반응을 유도하는 데 성공했다.
장치의 분해 양상과 생체적합성도 평가했다. 동물실험에서 주요 혈액검사 결과에 특별한 이상이 나타나지 않았으며, 모든 구성 소재가 체내에서 분해되도록 설계돼 향후 제거 수술과 장기간 체내 잔류에 따른 부담을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
아울러 조직 재생용 지지체 내부에 무선 압력센서를 함께 출력해 압력 변화를 감지하는 기능도 구현했다. 이를 통해 전자약뿐 아니라 조직 상태를 살피는 맞춤형 진단·치료 장치로 활용 범위를 넓힐 가능성을 제시했다. 다만 현재는 동물실험 단계로, 임상 적용을 위해서는 추가 검증이 필요하다.
현정근 교수는 “이번 연구는 신경손상 환자의 신경 크기와 형태에 맞춘 무선 전자약을 구현하고, 치료 후에는 체내에서 분해되도록 함으로써 기존 삽입형 전자장치의 한계를 보완할 가능성을 제시했다는 데 의미가 있다”고 말했다.
이번 연구는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials, IF 19.9)’에 ‘Materials and Design Strategies of Fully 3D Printed Biodegradable Wireless Devices for Biomedical Applications (몸속에서 분해되는 무선 의료기기의 3D 프린팅 제작 기술)’라는 제목으로 9월 15일 온라인 게재됐다. 현정근·강승균 교수가 공동 교신저자로 참여했으며, 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단과 산업통상자원부 산업기술혁신사업의 지원으로 수행됐다.
한편, 이번 논문은 생물학연구정보센터(BRIC)의 ‘한국을 빛내는 사람들(한빛사)’에도 소개됐다.
