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신소재 이재영 교수 공동연구팀, 손상된 신경을 재생시키는 전기전도성 수화젤 신경도관 개발
관리자
작성일2020.09.01 13:52 조회수48

지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 신소재공학부 이재영 교수와 단국대학교 양희석 교수 공동연구팀은 손상된 말초 신경을 재생하는데 효과적인 그래핀 기반의 전도성 수화젤 신경도관을 개발하였다.

*그래핀(graphene): 탄소 원자가 벌집 모양으로 이루어진 2차원 물질로 이론상 철보다 훨씬 높은 강도를 지니고 열·전기 전도성도 뛰어나 꿈의 소재라고 불린다. 그러나 비용이 비싸 대량 생산이 어렵고 주름이 지는 등의 단점이 있다.

말초 신경 손상은 손상 정도에 따라 스스로 재생이 되지 않아 직접 봉합이나 자가 이식* 등 현재 외과적 수술법이 사용되고 있으나 신경 조직 긴장과 제공자 부위의 병적 상태에 따른 이환율(병에 걸릴 확률) 등 여러 가지 문제점이 있다.

*자가이식(Autograft): 활용이 적거나 필요 없는 다른 부위의 신경을 분리하여 손상된 부위에 직접 이식하는 외과적 수술 방법.

또한 상업용 신경도관은 치료능력이 낮아 신경 재생을 큰 폭으로 촉진할 수 있는 신경도관 개발에 대한 연구가 필요하다.

전기가 통하는 생체 재료는 손상된 근육, 심장, 신경과 같은 전기 활성 조직의 재생을 돕는 것으로 알려져 최근에는 전도성을 가진 신경 재생용 생체재료 개발 연구가 활발하게 진행되어 왔다. 금속, 필름 등 기존의 전도성 재료들은 단단한 기계적 특성을 가져 생체 내 조직과의 기계적 특성 불일치로 인한 심각한 염증 반응 등의 이유로 생체 재료로 사용하는데 한계가 있다.

일반적으로 환원된 그래핀은 높은 전기 전도도를 가지지만 생체환경과 같은 수용액 상태에서 분산되지 않고 응집되기 때문에 수화젤(하이드로젤)과 함께 복합체를 직접 구성하기 어렵다.

따라서 연구팀은 전도도가 낮지만 분산이 잘되는 산화 그래핀이 함유된 젤라틴 기반의 수화젤을 제조한 후 전도성 향상을 위한 추후 환원 과정을 거쳐 환원된 산화 그래핀*이 수화젤 내부에 고르게 분산되어 있는 전기 전도성 수화젤을 제작하는 방법을 개발하여 적용했다.

*환원된 산화 그래핀(reduced graphene oxide): 산화된 형태의 그래핀을 환원제를 통해서 화학적으로 환원하여 얻은 탄소재료

생체 내에서의 효능을 검증하기 위해 실험용 흰 쥐의 좌골 신경에 10 mm 거리의 손상을 유도하고 환원된 산화 그래핀 함유 전도성 수화젤 기반 신경도관을 손상된 신경 사이에 이식하였을 때, 4주와 8주 후 모두 신경 재생이 기능 및 구조적으로 유의미하게 촉진되었으며, 특히 현재 사용되는 외과적 수술법인 자가이식과 비슷한 수준의 매우 우수한 신경 재생력을 보이는 것을 확인하였다.

지스트 신소재공학부 이재영 교수는 본 연구에서 개발한 다기능 신경도관 시스템은 말초신경 손상 뿐 아니라 뇌, 근육 등과 같은 다양한 전기 활성 조직 재생에 적용 할 수 있는 조직 공학 플랫폼이 될 것으로 기대한다고 말했다.

 

이번 연구는 보건복지부 연구중심병원R&D사업, 과학기술정보통신부 중견연구자 지원사업, 원천기술개발사업, 기초연구실의 지원을 받아 수행되었으며, 연구성과는 2020812일 재료분야 저명 학술지인 Advanced Functional Materials(IF=16.836)에 온라인판에 게재되었다.

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[그림] 환원된 산화 그래핀/젤라틴 수화젤 기반 신경도관의 말초 신경 손상 이후 신경 조직 재생에 대한 기능 모식도

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