실시간 상처 분석 및 치료하는 스마트 전자 드레싱 개발

실시간 상처 분석 및 치료하는 스마트 전자 드레싱 개발

- 공학·생화학·의학 융합 연구 통한 디지털 의료 플랫폼 역할 기대

- 황석원 교수팀 연구결과, Nano Today 논문 게재

□ 고려대학교(총장 정진택) KU-KIST 융합대학원 황석원 교수 연구팀은 경희대 오승자 교수, 서울대 이강원 교수와의 공동연구를 통해 상처 부위에 적용되어 염증과 감염 정보를 측정하고, 이를 바탕으로 상처를 치료하는 스마트 전자 의료시스템을 개발했다. 이번 연구는 원격 의료 혹은 디지털 의료 플랫폼으로 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

□ 이번 연구결과는 세계적인 학술지 ‘Nano Today(IF=18.962)’지에 11월 12일 온라인 게재되어 12월 출판을 앞두고 있다. 

* 논문명 : Soft, wireless electronic dressing system for wound analysis and biophysical therapy  * 저널명 : Nano Today (Nano Today 2022, 47, 101685)

□ 일반적으로 피부에 생긴 상처에 붙이는 드레싱제나 밴드는 환부를 보호하고 오염을 방지하는 기능을 수행한다.

드레싱 밴드가 기존 상처 보호 역할을 넘어 치료 상태나 감염을 파악하는 진단 기기로 발전하고 있다.

미세한 전류를 흘려 상처 치유의 회복을 도울 수도 있다. 진단과 치료가 모두 가능한 패치형 원격 의료기인 셈이다. 

□ 이번 연구에서는 상처에서 염증이나 감염과 관련 있는 카텝신/습도/pH/온도 변화를 동시에 수집하는 전자 드레싱을 개발하는 데 성공했다.

특히, 연구진은 상처 부위에서 염증이나 감염 시 분비되는 바이오마커 효소인 ‘카텝신’을 측정하기 위해 ‘염증 반응성 하이드로겔’을 개발했고 이를 얇은 박막형태의 전극과 결합해 ‘염증 센서’를 개발했다.

기존 의료기술의 염증 수치 검사는 환부에서 채혈로 이루어지므로 분석하는 데 시간 소요가 많아 빠른 의료적 조치를 취하는 데 어려움이 있었으나, 이번에 개발된 상처 드레싱 센서는 환자가 바로 스마트폰 앱으로 염증 수치와 환부의 상태를 확인할 수 있다.

뿐만 아니라, 측정된 상처 상태 기반으로 전자 드레싱이 미세한 전류 펄스를 주어 염증을 줄이고 회복 기간을 크게 단축할 수 있다.

□ 연구진은 개발한 전자 드레싱을 생쥐의 상처에 적용하여, 카텝신/습도/pH/온도의 실시간 변화를 3주간 무선으로 모니터링하는데 성공했다.

특히 염증이 생긴 상처에서 카텝신이 많이 분비되는 것을 센서를 통해 실시간으로 확인할 수 있었다.

이어서 연구진은 전자 드레싱으로 상처에 전기자극치료를 시행해 상처 회복기간이 단축됨을 확인했다. 

□ 황석원 고려대 교수는 “이번 연구결과는 유연전자소자를 구현하는 공학 기술과 생화학, 의학 연구의 융합을 통하여 그동안의 기술로는 접근하지 못했던 체내 염증과 감염을 실시간 모니터링할 수 있으며, 전기자극 치료기술을 결합하여 거동이 힘든 중환자의 욕창 등 다양한 급성 및 만성 피부질환을 치료하는 데에도 효과적일 것”이라고 기대했다.

□ 이번 연구는 과학기술정보통신부 전략과제, 범부처 전주기 의료기기 연구개발사업 및 정보통신기획평가원 ICT 명품인재양성사업의 지원을 받아 수행됐다. 

---------------------------------------------------------

연구 결과 개요

1. 연구배경

일반적인 상처 드레싱 밴드는 상처를 보호하거나 오염을 방지하고, 상처에서 발생하는 체액을 흡수함으로써 적절한 습윤환경을 조성해 빠른 상처 치유를 돕는다. 

당뇨성 상처, 궤양성 상처, 화상, 욕창 등 장기적인 치료와 관리를 필요로 하는 상처를 만성 상처라고 하며, 치료가 까다롭고 감염으로 인한 패혈증 등의 위험이 매우 크며, 잘못된 관리는 신체 일부를 절단해야 하거나 생명에 위협을 주기도 한다.

특히 이러한 상처 질환 환자들은 면역력과 신체 기능이 떨어진 중증 환자나 거동이 불편한 고령 환자인 경우가 많아 더욱 특별한 상처 관리가 필요하지만, 기존의 의료기술은 간호인의 드레싱 교체에만 의존하고 있다.

이에, 본 연구팀은 기존 드레싱의 기능과 더불어 상처의 염증이나 감염 상태에 대한 지속적인 모니터링 기능과 치료에 도움을 주는 기능을 갖춘 스마트 드레싱 기술을 개발하고자 하였다. 

2. 연구내용

본 연구에서는 상처에서 발생하는 염증이나 감염과 관련 있는 카텝신/습도/pH/온도 변화를 동시에 수집하는 전자 드레싱을 개발하는 데 성공했다. 

특히, 연구진은 상처 부위에서 염증이나 감염 시 분비되는 바이오마커 효소인 ‘카텝신’을 측정하기 위해 ‘염증 반응성 하이드로겔’을 개발했고 이를 얇은 박막형태의 전극과 결합해 ‘염증 센서’를 개발했다. 

기존 의료기술의 염증 수치 검사는 환부에서 채혈로 이루어지므로 분석하는 데 시간 소요가 많아 빠른 의료적 조치를 취하는 데 어려움이 있었으나, 이번에 개발된 상처 드레싱 센서는 환자가 바로 스마트폰 앱으로 염증 수치와 환부의 상태를 확인할 수 있다.

뿐만 아니라, 측정된 상처 상태 기반으로 전자 드레싱이 미세한 전류 펄스를 주어 염증을 줄이고 회복 기간을 크게 단축할 수 있다. 상처 주변에 부착된 전극에서 인가된 전기장은 우리 몸에 자연적으로 존재하는 내인성 전기장을 증폭시켜 상피 세포의 이동을 활성화하고 조직 재생 능력을 향상하는 것으로 나타났다.

연구진은 개발한 전자 드레싱을 생쥐의 상처에 적용하여, 카텝신/습도/pH/온도의 실시간 변화를 3주 간 무선으로 모니터링하는데 성공했다. 특히 염증이 생긴 상처에서 카텝신이 많이 분비되는 것을 센서를 통해 실시간으로 확인할 수 있었다. 

이어서 연구진은 전자 드레싱으로 상처에 전기자극치료를 시행해 상처 회복 기간이 단축됨을 확인했다. 조직을 정밀 분석한 결과 전기자극이 손상된 상처 내부 조직의 재생을 촉진하였고 염증을 억제했음을 보였다. 

3. 기대효과

본 연구에서 개발한 스마트 드레싱 시스템은 상처에서 발생하는 염증이나 감염과 관련 있는 카텝신/습도/pH/온도 변화를 실시간으로 측정하고, 전기자극치료를 가해 치유를 촉진할 수 있어서, 다양한 피부질환이나 급성 및 만성 상처의 관리와 재활에 도움을 줄 것으로 기대한다.