연구성과

화공 차형준 교수팀, 끊어진 신경, 홍합단백질 튜브로 안전하게 잇는다

2019-05-22 480

[생체모방기술 이용해 홍합접착단백질로 나노섬유 신경도관 개발]

차형준 교수_가톨릭대이종원 교수_가톨릭대이종인교수_주계일 연구교수_김지민씨_정호군씨
신경 세포는 피부나 근육과 달리 한 번 손상되면 재생능력이 떨어져 회복이 어렵다. 특히 손가락이나 사지가 질병이나 사고로 크게 손상됐을 경우, 접합 수술을 하고 나서도 신경이 온전히 회복되지 않아 떨림이나 통증이 후유증으로 남는 경우가 많았다. 국내 연구팀이 홍합접착단백질과 생분해성 고분자를 이용한 튜브를 이용해 끊어진 신경을 재생할 수 있는 기술을 개발했다.

화학공학과 차형준 교수팀은 가톨릭대학교 의과대학 성형외과 이종원 교수팀과 재활의학과 이종인 교수팀과의 공동연구를 통해, 해양생물로부터 얻은 접착단백질로 나노섬유(nanofiber) 신경도관(nerve conduit)을 만들어 끊어진 신경을 재생할 수 있도록 유도하는 데 성공했다. 이 기술은 생체소재 분야 세계적 권위지인 액타 바이오머터리얼리아(Acta Biomaterialia)에 최근 게재됐다.

지금까진 2.5cm 이상 신경 조직이 손상됐을 때는 자가 신경 이식이나 실리콘으로 만들어진 도관을 이용해 접합했다. 하지만 자가 신경 이식은 신체의 다른 부분을 손상해야 하고, 실리콘 도관을 사용할 경우엔 조직 재생 능력이 떨어져 결과가 좋지 않았고, 수술 후에 따로 실리콘을 제거하는 2차 수술을 해야 한다는 문제가 있었다. 이런 실리콘 도관의 단점을 극복하기 위해 생체모방기술과 새로운 소재를 활용한 신경도관 개발의 필요성이 대두됐다.

연구팀은 홍합접착단백질이 세포 및 조직접착이 가능하고 생분해성 특성이 있다는 점에 주목했다. 그리고 홍합접착단백질에 생분해성 고분자를 섞어 작은 빨대 모양의 나노섬유 신경도관을 만들었다.

전자현미경으로 본 나노섬유 표면 및 신경도관 실물 사진 srcset=

이번에 개발된 세포외 기질(extracellular matrix) 유래의 생기능성(biofunctional)펩타이드(peptide)가 도입된 홍합접착단백질 소재는 세포들이 표면에 접착해 잘 성장하도록 돕고 안정적인 조직재생을 촉진했다. 또, 고도로 정렬된 나노섬유 표면을 구현해 신경세포와 슈반세포*1의 이동 및 정렬을 도왔고, 생분해성으로 2차 제거 수술이 필요 없게 제작했다.

이렇게 다양한 생체모방기술이 도입된 신경 도관은 동물모델 실험에서도 좋은 결과를 보였는데 쥐 실험 결과 8주 후엔 몸속에서 자연 분해돼 추가적인 시술 없이 신경 접합을 마칠 수 있었다. 앞으로 신경재생 유도 소재로서 홍합접착 단백질의 성공적인 활용이 큰 기대를 모으고 있다.

연구를 주도한 차형준 교수는 “홍합접착단백질의 우수한 물성과 생체적합성에서 착안하여 이번에 개발된 나노섬유 신경도관은 크게 손상된 신경조직의 효과적인 재생에도 활용이 가능할 수 있을 것”이라고 기대감을 밝혔다.

한편 이 연구는 해양수산부의 ‘해양 섬유복합소재 및 바이오플라스틱소재 기술개발’ 연구의 일환으로 수행됐다.
 


1. 슈반세포
말초신경세포 및 조직의 생성 및 기능을 도와주는 세포