소식
장태민 학생, 이중훈, Kaveti 박사(지도교수: 황석원), 무선으로 탈장 상태 진단, 약물 치료할 수 있는 차세대 생분해성 전자 그물망 개발
2023.10.19 Views 436
무선으로 탈장 상태를 진단하고 약물 치료할 수 있는
차세대 생분해성 전자 그물망 개발
Advanced Materials 저널 논문 게재
▲왼쪽부터 Dr. Kaveti, 이중훈 박사, 장태민 학생 (제1저자), 황석원 교수 (교신저자)
차세대 생분해성 전자 그물망 개발
Advanced Materials 저널 논문 게재
▲왼쪽부터 Dr. Kaveti, 이중훈 박사, 장태민 학생 (제1저자), 황석원 교수 (교신저자)
□ 고려대학교(총장 김동원) KU-KIST 융합대학원 황석원 교수 연구팀은 서울대학병원 연구팀과 공동 연구를 통해 탈장의 수술적 치료 이후 무선으로 탈장 상태를 모니터링하고 약물전달을 통해 치료/재생 효과를 크게 향상시키며 회복 후에는 체내에서 분해되어 몸에 흡수될 수 있는 차세대 생분해성 전자 그물망을 개발했다.
□ 이번 연구결과는 세계적 권위의 과학저널 ‘Advanced Materials (IF=32)’에 9월 28일 온라인 게재되었다. (논문명 : Soft, Long-Lived, Bioresorbable Electronic Surgical Mesh with Wireless Pressure Monitor and On-demand Drug Delivery)
□ 연구팀은 그물망 (Mesh) 구조로 디자인한 부드럽고 기계적 특성이 훌륭하면서 생체 내에서 분해되어 흡수될 수 있는 탄성중합체에 무선으로 동작 가능한 생분해성 압력센서와 약물전달 시스템을 결합하여 ‘생분해성 전자 그물망’을 완성시켰다. 이렇게 개발한 생분해성 전자 그물망은 복강 내 높은 압력을 견뎌야하고 장기간 치료가 요구되는 탈장 질환에 적용하였고 탈장 수술 부위가 회복되는 기간동안 무선으로 회복 상태를 실시간 모니터링하고 국부적 약물전달을 통해 수술 부위 회복을 향상시켰으며 회복 이후에 체내에서 흡수되어 완전히 제거될 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.
□ 기존의 탈장 치료는 화학 합성섬유로 제작된 인공 그물망을 탈장 부위에 삽입하여 탈장 환자의 복벽을 지탱해주는 ‘인공망탈장수술법’이 일반적이다. 그러나 이 방법은 탈장 환부의 회복 및 직접적인 관찰에 대한 기능이 부재하여 재탈장의 조기 인지와 환자 맞춤형 치료의 어려움이 존재하였고, 합성섬유의 재료적 한계로 생체조직과의 유착 및 염증의 위험이 크며 시간이 지날수록 체내에서 제거가 어려워 환자들의 만성적인 통증을 유발하는 문제점이 있다. 따라서 본 연구팀이 개발한 생분해성 전자 그물망은 탈장 수술 부위의 상태를 지속적으로 모니터링하고, 환부의 직접적인 약물전달을 통해 유착 및 염증을 완화하며 회복 후 체내에서 분해되어 사라지기 때문에 환자들의 삶의 질을 크게 개선하고 다양한 합병증의 위험 부담을 낮출 수 있는 획기적인 탈장 질환 진단 및 치료법이 될 수 있는 계기를 마련하였다.
□ 이번 연구결과는 세계적 권위의 과학저널 ‘Advanced Materials (IF=32)’에 9월 28일 온라인 게재되었다. (논문명 : Soft, Long-Lived, Bioresorbable Electronic Surgical Mesh with Wireless Pressure Monitor and On-demand Drug Delivery)
□ 연구팀은 그물망 (Mesh) 구조로 디자인한 부드럽고 기계적 특성이 훌륭하면서 생체 내에서 분해되어 흡수될 수 있는 탄성중합체에 무선으로 동작 가능한 생분해성 압력센서와 약물전달 시스템을 결합하여 ‘생분해성 전자 그물망’을 완성시켰다. 이렇게 개발한 생분해성 전자 그물망은 복강 내 높은 압력을 견뎌야하고 장기간 치료가 요구되는 탈장 질환에 적용하였고 탈장 수술 부위가 회복되는 기간동안 무선으로 회복 상태를 실시간 모니터링하고 국부적 약물전달을 통해 수술 부위 회복을 향상시켰으며 회복 이후에 체내에서 흡수되어 완전히 제거될 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.
□ 기존의 탈장 치료는 화학 합성섬유로 제작된 인공 그물망을 탈장 부위에 삽입하여 탈장 환자의 복벽을 지탱해주는 ‘인공망탈장수술법’이 일반적이다. 그러나 이 방법은 탈장 환부의 회복 및 직접적인 관찰에 대한 기능이 부재하여 재탈장의 조기 인지와 환자 맞춤형 치료의 어려움이 존재하였고, 합성섬유의 재료적 한계로 생체조직과의 유착 및 염증의 위험이 크며 시간이 지날수록 체내에서 제거가 어려워 환자들의 만성적인 통증을 유발하는 문제점이 있다. 따라서 본 연구팀이 개발한 생분해성 전자 그물망은 탈장 수술 부위의 상태를 지속적으로 모니터링하고, 환부의 직접적인 약물전달을 통해 유착 및 염증을 완화하며 회복 후 체내에서 분해되어 사라지기 때문에 환자들의 삶의 질을 크게 개선하고 다양한 합병증의 위험 부담을 낮출 수 있는 획기적인 탈장 질환 진단 및 치료법이 될 수 있는 계기를 마련하였다.
□ 본 연구의 생분해성 전자 그물망은 탈장 복벽의 압력과 6개월 이상의 장기간 치료를 고려하여 생분해성 재료의 조성비를 최적화하여 기계적 특성과 생분해 기간을 크게 강화하였으며, 그물망(Mesh) 구조를 디자인하여 생체적합도 및 체액 순환성을 향상해 조직 유착 및 염증을 최소화하였다. 그 위에 다 층 구조로 생분해성 무선 압력센서와 무선 히터를 이용한 약물전달 시스템을 결합하여 체외에서 체내 환부의 상태를 모니터링하고 능동적 약물전달을 할 수 있도록 설계하였다. 이로써 수술적 치료 후 환자의 불편함을 최소화하는 형태로 탈장 질환을 치료할 수 있다. 또한, 모든 시스템이 생분해성 재료로 구성되어 질환의 치료 후 체내에서 흡수되어 완전히 사라질 수 있기에 환자의 육체적, 심리적 안정감을 도모할 수 있는 큰 장점이 있다.
□ 본 연구진이 개발한 전자 그물망은 생체적합, 생분해성 재료만으로 체내 무선 모니터링 및 무선 히터 구동을 통한 약물전달을 할 수 있는 것이 특징으로 체내에서 분해되지 않는 고성능 chip을 사용하는 대신 생분해성 코일을 통한 전자기유도 방식의 무선 시스템을 사용한 것이 특징이다. 압력이 변화하면 고성능 압력센서와 연결된 코일의 주파수 특성이 변화하게 되는데 이를 무선으로 측정하고 분석하여 압력변화를 계산할 수 있다. 또한, 전자기 유도방식으로 무선으로 전자기력을 인가하면 전자 그물망 내부의 코일과 연결된 히터가 달궈지며 내부의 약물이 방출되게 된다. 모니터링용 코일과 히터 구동용 코일이 서로 다른 주파수 특성을 갖게 하여 독자적으로 무선 구동을 할 수 있도록 설계했고, 배터리 없이 체외에서 디바이스를 제어할 수 있다는 것이 큰 장점이다.
□ 본 연구진이 개발한 전자 그물망은 생체적합, 생분해성 재료만으로 체내 무선 모니터링 및 무선 히터 구동을 통한 약물전달을 할 수 있는 것이 특징으로 체내에서 분해되지 않는 고성능 chip을 사용하는 대신 생분해성 코일을 통한 전자기유도 방식의 무선 시스템을 사용한 것이 특징이다. 압력이 변화하면 고성능 압력센서와 연결된 코일의 주파수 특성이 변화하게 되는데 이를 무선으로 측정하고 분석하여 압력변화를 계산할 수 있다. 또한, 전자기 유도방식으로 무선으로 전자기력을 인가하면 전자 그물망 내부의 코일과 연결된 히터가 달궈지며 내부의 약물이 방출되게 된다. 모니터링용 코일과 히터 구동용 코일이 서로 다른 주파수 특성을 갖게 하여 독자적으로 무선 구동을 할 수 있도록 설계했고, 배터리 없이 체외에서 디바이스를 제어할 수 있다는 것이 큰 장점이다.
□ 본 연구팀은 탈장 수술 부위 복벽의 압력변화를 미세하게 측정하기 위해 나노 크기의 다공성 구조와 마이크로미터 크기의 피라미드 구조체를 어레이 형태로 제작하여 압력센서의 변화를 극대화하였고 탈장으로 발생할 수 있는 압력의 범위를 모두 커버할 수 있도록 개발했다. 연구팀은 동물실험을 통해 탈장 모델을 제작하고 여기에 생분해성 전자그물망을 적용하여 탈장 치료 기간의 압력변화를 안정적으로 측정하는데 성공하였다.
□ 황석원 교수는 “이번 연구결과는 생분해성 유연 전자 소자와 무선 소자 기술을 바탕으로 하는 공학 기술과 의학적 치료/연구의 융합을 통하여 그동안 여러 가지 한계점이 있던 탈장 질환 관리 및 치료의 원천기술이 될 것으로 기대하며, 본 기술 확보를 통해 탈장뿐만 아니라 다양한 장기의 수술적 치료를 장기간 진단 및 치료할 수 있는 기술이 될 것으로 기대된다.” 라고 밝혔다.
□ 황석원 교수는 “이번 연구결과는 생분해성 유연 전자 소자와 무선 소자 기술을 바탕으로 하는 공학 기술과 의학적 치료/연구의 융합을 통하여 그동안 여러 가지 한계점이 있던 탈장 질환 관리 및 치료의 원천기술이 될 것으로 기대하며, 본 기술 확보를 통해 탈장뿐만 아니라 다양한 장기의 수술적 치료를 장기간 진단 및 치료할 수 있는 기술이 될 것으로 기대된다.” 라고 밝혔다.
