연구성과

화공 차형준 교수팀, 상처난 눈 ‘홍합과 양막’으로 재생시킨다

2021-06-09 161

[POSTECH-동아의대 공동연구팀, 광가교 홍합접착제 활용 혁신적인 안구 표면 재건 기술 제시]

눈은 가장 먼저 물체의 존재나 형상을 인식할 수 있는 감각기관이다. 눈을 구성하는 결막(conjunctiva)은 안구의 전반부를 감싸고 있는 얇은 점막인데, 점액과 눈물을 분비하여 눈의 윤활과 함께 미생물의 침입을 막아 안구를 보호하는 기능을 한다. 하지만 외부로 노출되어 있어 미생물, 세균, 먼지 등에 의해 손상되기 쉽다. 특히, 섬유혈관성 조직이 증식하여 결막을 덮는 군날개와 같은 질병을 방치하면 시력장애까지 유발할 수 있다. 이때, 손상된 결막 부분을 제거하여 치료하고 결막을 다시 재생시키는 방법을 사용하는데, 최근 국내 연구팀이 홍합접착단백질을 이용해 수술용 봉합실 없이 양막 이식 수술을 시행하는 새로운 기술을 개발했다.

화학공학과 차형준 교수 연구팀(맹성우 석박사통합과정, 박태윤 박사)이 동아대학교병원 안과 박우찬 교수 연구팀(민지상 박사, 現건양의대 김안과병원)과 함께 홍합접착단백질 기반의 광가교 접착제 ‘픽스라이트(FixLight)’를 실제 안구 표면의 양막 이식술을 모사한 동물 모델에 적용했다. 그 결과, 봉합실을 이용한 기존 이식 방법에 비해 5배 이상 빠르게 수술을 마칠 수 있었으며, 안정적으로 접착된 양막에 의한 결막 재생 치료 효과 역시 기존 봉합실을 이용한 방법을 효과적으로 대체할 수 있음을 확인했다.

양막(amniotic membrane)이란 태반 안쪽의 배아를 덮고 있는 막으로 배아를 둘러싸서 보호하는 역할을 하는 역할을 하는 막이다. 양막에는 상피 재생을 촉진하는 인자들이 많이 들어있기 때문에 안구 표면을 재건하기 위해 양막 이식을 시행하여 회복을 촉진시키는 수술이 활발히 적용되고 있다. 하지만 현재의 양막 이식 수술에서는 봉합실을 사용해 꿰매고 안구 표면에 고정시키는 방법을 사용한다. 이 때문에 안구 표면에 흉터가 남게 되며, 양막의 얇은 두께에 의해 정교한 봉합이 필요하기 때문에 수술 시간도 상당히 소요되는 문제가 있다.

POSTECH 연구팀은 이전 연구에서 빛을 쬐어주지 않았을 때는 액상으로 존재하다가, 무해한 가시광선을 사용한 특정 파장의 빛을 쬐어주면 몇 초 내에 가교되어 하이드로젤 상태로 변화하면서 접착력을 가지는 ‘광가교 접착제’를 개발했다. 여기서 더 나아가 이번에는 동아의대 연구팀과 함께 광가교 접착제를 이용해 결막 결손이 있는 토끼 모델의 안구 표면에 봉합실 없이 양막을 이식해 관찰했다.

공동연구팀은 양막의 높은 빛 투과성에 착안해 액상-고상 광가교 성질을 가진 광가교 접착제를 양막 이식 수술에 적용했다. 액상의 접착제를 고르게 코팅한 후에 특정 파장의 빛을 쐬어 가교함으로써 병변 부위에 정확하게 양막을 접착시킬 수 있었다. 토끼 결막 결손 모델을 사용한 실험에서 습윤한 실제 안구의 표면에서도 봉합실을 사용하여 꿰매어 고정했을 때와 차이가 나지 않는 안정적인 접착 능력이 있는 것을 확인했다. 또한, 이식된 양막 위로 상피화가 진행된 후에는 완전히 생분해가 되어 일체화된 상피조직으로 완벽히 재생되는 것도 확인했다.

차형준 교수는 “혁신원천소재인 홍합접착단백질을 이용해 실제 결막 결손 동물 모델에 적용하여 효과적인 결막 재건을 위한 새로운 양막 이식 기술로서의 효과를 확인했다”며 “다양한 의료 분야에서 봉합실을 대체하는 안전한 생체접착제로서 폭넓게 적용할 수 있을 것”라며 기대감을 밝혔다.

광가교 홍합접착제 픽스라이트는 현재 ㈜네이처글루텍에 기술이전을 완료해 봉합실을 대체하면서 흉터를 만들지 않는 안전한 피부접착제로의 임상시험을 앞두고 있어 멀지 않아 상용화가 기대된다.

동아의대 박우찬 교수는 “양막 이식은 안구 표면 재건에서 중요한 수술인데, 이번 광가교 홍합접착제를 이용하여 양막 이식을 빠르고 안전하게 할 수 있었다. 향후 결막 이식 등의 안구 표면의 다른 이식 수술이나 백내장 수술 후 절개창의 봉합 등의 다른 안과 수술에도 적용 가능할 것이다”고 전망했다.

한편, 이번 연구 결과는 생체소재 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머터리얼즈(Advanced Healthcare Materials)’에 최근 온라인 게재됐으며, 연구는 보건복지부에서 지원하는 보건의료기술개발사업과 과학기술정보통신부에서 지원하는 나노미래소재원천기술개발사업, 그리고 해양수산부에서 지원하는 해양바이오산업신소재연구단사업의 일환으로 수행됐다.