국내 연구팀이 별도의 장치 없이 전기로 세포를 자극하는 기술을 개발했다. 이 기술은 생체 전기 자극을 활용하는 신경 치료 등에 활용될 것으로 기대되고 있다.
최성환(연세대학교치과대학 교정과학교실) 교수와 홍진기(연세대공과대학 화공생명공학과) 교수, 이상민(중앙대공과대학 기계공학과) 교수 연구팀은 스마트폰 등을 통해 일상생활에서 발생하는 전기에너지를 세포로 전달하는 기술을 개발했다.
이번 연구결과는 재료공학 분야 최고 권위의 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’(Advanced Functional Materials, IF 19.924) 최신호에 게재됐다.
전기자극 기술은 비침습적으로 세포를 자극해 뇌 등 신경치료에 활용하며 환자 부담이 적다는 장점이 있지만, 전기를 지속적으로 생산할 배터리나 전선 등이 있어야 하는 번거로움이 지적돼왔다.
연구팀은 이 같은 단점을 해결하기 위해 인체가 전자기장을 전달하는 유전율이 높다는 특성에 집중해, 일상생활에서 발생하는 전기에너지를 타깃 부위에 전달할 수 있도록 인체 매개 에너지 전달 시스템을 개발했다.
이를 유한요소분석, 동물 모델에서 추출한 뼈‧근육‧지방 등의 복합조직을 이용한 체외 실험, 골모세포를 이용한 시험관 내 실험 모델을 통해 검증했다.
연구팀은 체외 시험을 통한 측정을 기반으로 세포에 자극을 줄 수 있는 최적의 전기장 세기를 확보했다.
이를 골모세포에 전달해 세포 증식, 성장인자와 단백질 발현 등의 현상을 분석한 결과 전기자극에 의해 약 20% 세포 증식이 증가하고, 성장인자와 단백질도 대조군에 비해 20%이상 증가하는 것을 확인했다.
또한 유전자 분석을 통해 다양한 세포기능에 관여하는 유전자 마커의 발현이 최대 40%까지 증가하는 것을 밝혀냈다.
연구팀은 “이러한 증가는 전기자극 장치에서 형성된 출력이 손실되지 않고, 체내 조직까지 전달돼 세포의 기능을 조절할 수 있음을 의미한다”고 설명했다.
최성환 교수는 “이번 연구를 통해 별도의 기기 없이 인체를 매개로 한 전기자극 치료 메커니즘을 검증했다”면서 “생체 전기자극을 통해 향후 신경치료, 상처 치유 등이 필요한 환자의 치료 경과를 더욱 개선시키고, 환자 편의도 증대할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
