국내외 공동연구진이 체내 삽입 시 적정량의 산소를 천천히 공급하는 스마트 하이드로겔을 개발했다. 이 하이드로겔은 혈류 부족으로 인한 조직 손상을 효과적으로 줄여 재생의학 분야 새로운 치료 소재로 주목받고 있다.

서울시보라매병원(병원장 이재협) 성형외과 박지웅 교수 연구팀(전성미 교수, 이미현 연구원)은 미국 하버드의대 브리검여성병원 신수련 교수팀(정설하 박사)과 공동연구를 통해 체내에 삽입하면 적정량의 산소를 천천히 공급해주는 스마트 하이드로겔을 개발했다고 25일 밝혔다. 

이 하이드로겔은 피부 피판 끝부분의 혈류가 부족해 생기는 조직 손상을 효과적으로 줄여주는 것으로 나타났다.

연구팀이 개발한 하이드로겔에는 산소를 생성하는 미세입자가 포함돼 있다. 이 입자는 산소를 만드는 과정에서 발생할 수 있는 독성 물질을 제거하는 효소로 코팅, 조직에 손상을 주지 않도록 설계됐다. 젤라틴 기반 물질에 이 입자를 넣어 하이드로겔 형태로 만든 뒤 피부에 삽입하면, 일정한 속도로 산소를 방출한다.

연구팀은 쥐 피부조직을 이용한 실험에서 하이드로겔 효과를 확인했다. 그 결과, 산소 발생 농도를 0.2%로 설정했을 때 피부 피판 생존율이 가장 높고 혈류도 가장 활발한 것으로 나타났다. 

반면 산소 농도가 0.5%로 높아지자 오히려 염증이 심해지고 조직이 더 많이 손상됐다. 이는 산소도 너무 많이 주면 오히려 해로울 수 있다는 점을 보여준다. 결국 조직이 필요로 하는 만큼만 정밀하게 산소를 공급하는 것이 치료 효과 핵심이라는 사실이 실험을 통해 입증된 셈이다.

조직 내부 변화를 분석한 결과도 주목할 만하다. 새로운 혈관을 만드는 신호단백질(VEGF), 세포 에너지를 만드는 미토콘드리아를 활성화시키는 유전자(PGC-1α, NRF-1), 산화 스트레스를 줄이는 항산화 효소(SOD) 등이 모두 활성화됐다. 

반면 염증 유발 지표는 크게 감소했으며 세포 자멸 현상도 억제되는 등 조직 회복을 위한 전반적인 기전이 활성화된 것으로 확인됐다.

이번 연구는 단순한 치료 보조재를 넘어 조직 내 미세환경을 능동적으로 조절, 회복을 촉진하는 스마트 바이오 소재 가능성을 보여줬다.

박지웅 교수는 “당뇨발성 궤양이나 허혈성 근육 질환 등 다양한 질환에도 응용할 수 있을 것”이라며 “정밀하게 산소를 조절하는 생체재료가 재생의학의 중요한 무기가 될 수 있다”고 전했다.

한편, 이 연구결과는 생체재료 분야 국제학술지 'Bioactive Materials' 5월호에 게재됐다.