[노화세포를 무선으로 진단하고 관절연골 치료 기능을 갖는 활성산소 반응성 전도성 하이드로겔 개발]

국립한국교통대학교(총장 직무대리 정기만)는 화공생물공학전공 박성영 교수(제1저자 김슬기 석사졸업), 원광대 진은정 교수 연구팀이 노화세포에 존재하는 활성산소와 반응하여 전도성, 형광 및 기계적 변화에 의하여 노화세포를 간편하게 진단하고 관절연골 치료가 가능한 전도성 하이드로겔 소재를 개발했다고 밝혔다.

이 연구 성과는 한국연구재단 2018년 이공계 대학중점연구소 사업 및 2022년 알키미스트 프로젝트사업의 지원으로 수행되었으며, 재료공학 분야의 저명 국제학술지인 ‘Advanced Functional Materials’ (Impact Factor 19.924) 2월 온라인판에 게재되었다.

인간의 기대 수명이 증가함에 따라서 노화와 연관된 질병으로 근감소증, 심혈관계 질환, 암, 퇴행성 뇌 질환, 골다공증 등이 연관 관계를 갖고 있으며 이러한 질병의 증가로 인하여 의료비 뿐만 아니라 사회 전체적인 비용이 증가하고 있다. 현재까지 혈액 또는 특정 인자분석을 통한 노화세포를 진단하는 연구가 진행되고 있지만, 특별한 장비 및 전문 지식 없이도 신속하고 구체적인 결과를 얻을 수 있는 휴대용 검사법에 대한 연구가 진행된 전례가 없다.

연구팀은 활성산소에 의하여 분해되는 특성이 있는 과산화망간이 결합된 탄소 양자점-하이드로겔을 제작하였으며, 이를 활용하여 제작된 전도성 하이드로겔 소재가 가역적인 전도도 응답성 및 전기 저항 변화를 스마트폰으로 실시간 모니터링할 수 있었다는 점에서 큰 장점을 가진다. 특히, 노화세포를 검출하기 위해 고가 장비를 활용하지 않고, 짧은 시간에 하이드로겔의 전기 저항 변화를 통해 노화 세포와 정상 세포를 스마트폰으로 간편하게 실시간 모니터링을 할 수 있다는 큰 장점이 있다.

노화된 쥐에 주입된 하이드로겔에 의하여 활성산소의 함량이 급격히 감소되어 관절연골이 재생되는 것을 확인할 수 있었고, 노화 세포의 특징을 쉽게 센싱 할 수 있었다. 본 연구에서 개발된 활성산소 반응 하이드로겔은 암, 만성 염증, 심근경색 등 활성산소와 관련된 수 많은 질병과 연관관계를 갖고 있어, 수술 및 치료과정에서 짧은 시간 내에 다양한 질환의 발생 유/무를 확인할 수 있어 매우 큰 활용성이 기대된다.

한국교통대학교 박성영 교수는 “이번 연구는 활성산소 반응 하이드로젤의 저항변화에 의하여 무선센싱이 가능한 휴대용 센서 및 관절연골 치료기능을 갖는 소재 개발은 처음이며, 이러한 소재는 향후 활성산소와 관련된 질환을 쉽게 진단 할 수 있는 플랫폼 기술로 적용될 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다. 또한 본 연구에 제 1 저자로 참여한 김슬기 연구원은 현재 국립과학수사연구원에 공업연구사 (7급 공무원) 공채에 합격하여 23년 1월부터 원주 본원에 근무를 시작했다.