[POSTECH·대구한의대, 신장 유래 기질로 신장 지혈과 회복 돕는 소재 개발]

기계공학과 조동우 교수, 융합대학원 시스템생명공학부 통합과정 김재윤 씨, 기계공학과 박사과정 Tugce Sen(투우체 센) 씨 연구팀은 최근 대구한의대 반려동물보건학과 이재연 교수팀과의 연구를 통해 신장 내 출혈 부위를 빠르게 지혈하고, 창상 회복도 돕는 소재를 개발했다. 이 연구는 생체재료 분야 국제 학술지 ‘바이오머티리얼즈(Biomaterials)’ 온라인판에 게재됐다.

신장은 노폐물 제거와 혈압 조절 등 여러 기능을 수행하는 중요한 장기다. 자각 증상이 없어 침묵의 장기로 불리지만 신장에 생긴 종양을 조기에 발견하는 경우 부분 신장 절제술로 이를 제거할 수 있다. 그런데, 수술 도중 과다 출혈과 감염, 조직 손상과 같은 합병증이 나타날 수 있으며, 신장 기능 저하와 고혈압 등 만성 질환이 발생할 가능성이 커 수술 치료와 회복에 어려움이 많았다.

연구팀은 이번 연구에서 신장용 지혈 소재를 제작하기 위해 신장에서 유래한 탈세포화 세포외기질(이하 dECM^*1)을 사용했다. dECM은 실제 몸속의 단백질과 인자들을 포함하고 있어 고유한 미세환경을 잘 재현하고, 생체적합성도 비교적 매우 높다. 이러한 강점으로 조직공학 분야에서는 인공장기를 제작하거나 여러 조직을 복구하는 등 다양한 연구에서 널리 사용되고 있다.

먼저, 연구팀은 신장에서 유래한 dECM의 조성을 분석해 그 내부에 지혈 관여 인자들이 존재함을 확인했다. 그리고, 신장 유래 dECM에 화학적 가교제를 섞어 다공성 구조의 스펀지 소재인 ‘크라이오겔(Cryogel)’을 만드는 데 성공했다.

연구팀의 겔은 표면적이 매우 큰 다공성 구조로 이루어져 혈액을 잘 흡수했다. 그리고, 이 겔을 적용한 동물 실험에서도 부분 신장 절제술 4주 후 조직 손상과 괴사 면적이 대조군 및 기존 젤라틴(gelatin) 스펀지에 비해 최대 3배 더 적었다. 또, 연구팀은 신장용 겔을 만드는 과정에서 가교제 농도에 따라 생분해 속도와 생체 · 혈액 적합성 등 특성이 달라짐도 확인했다.

 

조동우 교수는 “dECM 기반 의료용 스펀지 소재의 임상적 활용 가치를 다시 한번 확인했다“며 이번 연구의 의의를 전했다. 또, 대구한의대 이재연 교수는 “신장 부분 절제술을 받은 환자들 중 말기신부전으로 이어지는 경우를 획기적으로 줄일 수 있을 것”이라는 기대를 전했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 중견연구사업과 나노소재원천기술개발 사업의 지원을 받아 수행됐다.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.122524

1. dECM(decellularized extracellular matrix)
조직 내에 세포를 제외하며 구조적 · 생화학적 기능을 지지하는 구성요소다.