감각 느끼는 '인공피부' 개발됐다

조인준 기자 / 기사승인 : 2024-02-19 10:37:08
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▲스마트 바이오닉 인공피부의 촉각 전달 매커니즘 (자료=KIST)

국내 연구진이 피부재생은 물론 감각까지 전달되는 인공피부를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터 정영미 박사와 스핀융합연구단 이현정 박사 연구팀은 연세대학교 유기준 교수, 성균관대학교 김태일 교수와 공동으로 '인체 이식형 촉각 기능 스마트 바이오닉 인공피부'를 개발했다고 19일 밝혔다. 스마트 바이오닉 인공피부는 피부재생에만 초점을 두고 있던 기존 인공피부와 달리, 생체적합성이 높은 소재와 전자소자로 구현된 촉각기능 전달시스템을 융합시켜 촉각을 느낄 수 있다.

화상, 피부질환, 외상 등으로 피부조직이 파괴되면 피부로 느낄 수 있는 감각기능까지 사라질 수 있다. 자연치유가 불가능할 정도로 피부가 손상된 경우는 해당 부위에 인공피부를 이식하는 수술을 하는데, 인공피부 대부분은 피부조직과 유사한 구조와 환경으로 피부가 재생되도록 돕기는 하지만 감각까지 회복시키진 못하고 있다.

반면 연구팀이 개발한 인공피부는 감각을 되살려준다. 피부의 주요성분인 콜라겐과 피브린(fibrin)으로 구성된 하이드로겔(hydrogel)로 유연 압력센서를 삽입해 외부의 미세한 압력변화도 감지할 수 있는 것이다. 압력변화가 감지되면 이를 전기신호로 변환하고 신경으로 전달해 피부와 동일한 촉각을 느낄 수 있다. 하이드로겔은 친수성 고분자를 결합한 구조물로 많은 수분을 함유할 수 있는 물질이다. 주로 인공적인 인체 조직을 만드는 원료로 활용되고 있다.

이 인공피부는 감각전달뿐만 아니라 피부의 탄력과 조직의 결합을 담당하는 콜라겐과 피브린이 상처 주변에 있는 피부세포를 증식시키고 분화시켜 피부재생까지 촉진해준다.

연구팀은 피부손상이 심각한 쥐에게 스마트 바이오닉 인공피부를 이식한 결과, 14일 경과 후 대조군 대비 상처치료 효과가 120% 이상인 것으로 나타났다. 또 사람의 손끝에서 느끼는 압력 범위와 유사한 10~40kPa에서의 외부변화를 감지하고 이에 맞는 전기신호 조절을 통해 쥐의 반응이 달라지는 것을 확인했다.

특히 이 인공피부는 손상된 피부의 피하 지방층을 따라 직접 신경에 이식하는 방식이어서 감각 전달에 특히 효과적이라는 게 연구팀의 설명이다. 신경이 손상된 환자의 피부재생 후에도 촉각센서가 피하층에서 작동해 일상생활에서의 자립성을 크게 향상할 수 있고 감각기능이 퇴화한 노년층의 경우에도 촉각 기능 전자소자를 피하에 직접 삽입해 퇴화한 감각기능을 회복할 수 있을 것으로 기대된다.

정영미 박사는 "이번 연구성과는 생체재료와 전자소자 기술을 효과적으로 결합한 소자, 소재, 재생의학 융합연구의 결과"라며 "상용화를 위해 의료기관, 기업 등과의 협업을 통해 추가 임상실험을 진행할 예정이며, 온도, 진동, 통증 등 피부조직의 다양한 기능을 재건하는 연구로도 확장할 계획"이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 국제융합연구의 권위적인 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션'(Nature Communications) 최신호에 게재됐다.

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