성균관대학교 산학협력단

손동희-신미경 공동연구팀, 바느질 없이 신경봉합술 가능한 피부 모사 접착 패치 개발

-절단된 신경 ‘밴드로 감아서’ 1분 만에 치료

▲ (왼쪽부터) 손동희 교수(성균관대), 신미경 교수(성균관대), 박종웅 교수(고려대),

성두환(성균관대, 제1저자), 최연선(성균관대, 제1저자), 최인철 교수(고려대, 제1저자)

뜻하지 않은 사고로 인체 일부가 절단됐을 때 바느질로 꿰맬 필요 없이, 절단된 신경을 1분 내로 연결할 수 있는 신경 봉합 패치가 개발됐다. 밴드처럼 감아주기만 하면 돼 봉합술 성공률이 높아질 것으로 기대된다.

전자전기공학부 손동희 교수, 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수는 고려대 박종웅 교수팀과의 공동연구를 통해 실제 피부 구조를 모사한 강력한 조직 접착력을 보유한 패치형 신소재를 개발했다고 밝혔다.

▲ 신경 봉합 패치의 개념도 및 적용과정

교통사고나 산업 현장, 일상생활에서 손가락 등 인체 일부가 절단되는 외상성 절단 사고는 지속 발생하고 있다. 절단된 신경을 연결하기 위해 의료진은 머리카락보다 얇은 의료용 봉합사로 신경 외피를 바느질한다. 이런 신경봉합술은 숙련된 의사도 신경 1가닥을 연결하는 데 10분이 걸릴 정도로 정교한 작업이다. 피부 괴사를 막고 봉합 성공률을 높이기 위해서는 최대한 빠른 봉합술이 필요하지만 응급환자의 수술시간을 늘리는 원인이 된다. 최근 개발된 조직 접착제는 인체 신경조직에 사용하기에는 접착력이 낮아 신경봉합술은 여전히 1900년대 방식에 머물러 있다.

공동연구팀은 여러 층으로 이루어진 피부 구조에서 영감을 얻어, 외부는 질기지만 내부로 갈수록 부드러운 조직으로 구성된 패치를 개발했다. 패치의 주요 소재로는 외력을 분산시킬 수 있는 자가치유고분자*와 우수한 조직 접착력을 가지고 있는 하이드로젤을 사용했다. 연구팀은 자가치유고분자의 물성을 조절해 탄성 고분자와 점탄성 고분자, 접착 하이드로젤을 단계적으로 배치, 점탄성 고분자가 응력을 흡수하고 탄성 고분자가 복원력을 부여하는 방식으로 강한 접착력을 구현했다.
* 자가치유고분자: 물리적 손상을 입은 고분자가 스스로 결함을 감지해 구조를 복구하는 지능형 재료

▲ 신경 봉합 패치의 접착력과 신경 봉합 과정 및 성능

이렇게 개발된 패치는 밴드처럼 간단히 신경을 감아주는 방법으로 적용한다. 공동연구팀은 인체와 유사한 실험 모델을 통해 의사가 아닌 비전문가도 1분이면 신경 봉합이 가능함을 입증해냈다. 특히 영장류 모델 검증에서 손목 정중 신경을 절단 후 패치를 이용해 성공적으로 봉합했고, 엄지손가락의 움직임이 정상에 가까운 수준으로 회복되었음을 1년에 걸쳐 확인했다. 더불어 해당 패치에 신경 재생을 촉진하는 단백질 분자를 추가하면 기존 바느질 봉합술보다 조직재생을 빠르게 유도할 수 있음을 설치류 모델에서 검증했다.

▲ 신경 봉합 패치를 이용한 영장류의 신경 봉합 결과

손동희 교수는 “패치의 성능 검증 결과 신경조직 재생과 근육의 기능성 회복 정도가 봉합사를 이용한 방법과 차이가 없음을 확인했다”며 “신경봉합술은 신경 염증이나 종양의 절제, 장기 이식 등과 같은 수술에도 필요하므로 의료 현장에서 수술 성공률을 획기적으로 높일 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 수행되었으며 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 지난 1월 26일 온라인 개재되었다.