저산소 환경에 반응해 기계적 특성 변화시키고 근육재생 유도
원광대학교 JABA대학원 첨단바이오소재학과 진은정((주)오가넬테라퓨틱스 대표) 교수 연구팀이 저산소(hypoxia) 환경에 반응해 기계적, 전기적, 광학적 특성을 변화시키고, 근육 재생을 유도하는 ‘저산소 반응성 고분자 점-하이드로겔(HS-PD hydrogel)’ 개발에 성공했다.
한국연구재단(NRF)과 산업통상자원부(KEIT)의 알키미스트 프로젝트 지원을 받아 한국교통대와 공동으로 수행한 ‘근육 재생 및 진단을 위한 저산소 감응형 스마트 하이드로겔’ 연구는 재료과학 분야 국제 저널 ‘Advanced Functional Materials’(Impact Factor 19.0, JCR 상위 5%) 게재가 확정됐다.
연구진이 개발한 HS-PD 하이드로겔은 허혈성 환경에서 과다 생성된 활성산소(ROS)에 의해 디셀렌이드 결합이 선택적으로 절단되고 이 과정에서 형광 신호가 켜져 전기전도성과 기계적 강도가 크게 향상되며 산소 농도에 따라 색상이 변화해 별도의 장비 없이도 허혈 상태를 육안으로 쉽게 감지할 수 있다.
특히, 근육 위축과 관련된 MuRF-1, SOD2, Hif-1α 유전자 발현이 억제됐으며 동물 모델에서 염증 반응이 줄고 근섬유 크기가 증가하는 등 근육 재생 효과가 뚜렷하게 관찰된 가운데 이를 통해 진단과 치료를 하나의 시스템에 통합한 진단–치료 융합 플랫폼(Diagnosis-Therapy Integrated Platform)을 구현해 냈다.
또한, 스마트폰과 연동해 실시간으로 하이드로겔의 변화를 무선 모니터링할 수 있는 기능을 갖춰 웨어러블 바이오센서 및 스마트 재활 시스템 개발 가능성을 통해 기존 재생의학 기술의 한계를 넘어서는 새로운 패러다임을 제시했다.
교신저자인 진은정 교수는 “생체 환경 변화를 스스로 감지하고 대응할 수 있는 차세대 스마트 바이오 소재의 가능성을 세계적으로 인정받아 기쁘고 이를 계기로 국내 바이오헬스 산업의 글로벌 경쟁력 강화에도 기여할 것으로 기대된다”며 “앞으로 근육 재생뿐만 아니라 심혈관계, 신경계 등 다양한 허혈성 질환 치료 플랫폼으로 확장하고 향후 웨어러블 헬스케어, 이식형 바이오센서, 재생의료 산업 등 폭넓은 응용이 기대된다”고 설명했다.
정영국 기자 jyg5909@naver.com
