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하지 절단 초래하는 당뇨병성 발 궤양...혁신적인 붕대 치료법
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하지 절단 초래하는 당뇨병성 발 궤양...혁신적인 붕대 치료법
  • 김지연 기자
  • 승인 2022.10.11 11:32
  • 댓글 0
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3D 바이오프린팅으로 제작된 스캐폴드, 4주 동안 항생제 천천히 방출
환자의 비용과 임상적 부담 줄인 새로운 치료법 설계
"항생제 지지체 제작에서 바이오프린팅 기술의 혁신적 잠재력 보여줘"

전 세계적 사망 원인 10위 안에 포함되는 당뇨병의 발 관리는 아주 중요하다. 당뇨병은 혈관과 말초신경을 손상시키고 발에 상처가 나기 쉬운 환경을 제공하기 때문이다.

고혈당은 균에 대한 저항력도 떨어뜨리고 상처가 생기면 혈관과 신경의 손상된 기전이 상처를 빠르게 악화시켜 심각해진 이후 발견되는 경우도 빈번하기 때문에 조기에 발견해 예방하는 것이 중요하다. 

당뇨병성 족부 질환 /사진=서울아산병원, 예손병원

당뇨병성 족부 질환은 당뇨병을 앓는 환자의 발에 생기는 신경병, 구조적 변형, 발 궤양, 감염, 혈관 질환 등을 통칭하는 말로 당뇨병 환자의 약 25%에 영향을 미치는 심각한 당뇨병 합병증이다. 작은 상처도 낫지 않고 궤양이 되거나 심한 경우 혈액 순환이 되지 않아 까맣게 썩기도 하며, 확인되었을 때 50% 이상이 이미 감염되었고, 치료가 종종 성공하지 못해 70% 이상에서 하지 절단을 초래한다.

당뇨발 상처의 치료는 ▲혈액순환 치료, ▲감염치료, ▲압력손상치료, ▲창상치유능력 개선 등이 사용되는데, 당뇨병성 족부 질환의 효과적인 치료 전략은 복잡한 과정과 상당한 임상, 경제적 부담이 존재한다.

이러한 당뇨병성 족부질환 환자의 비용과 임상적 부담을 줄이는 결과를 보여주는 새로운 연구가 나왔다.

3D 바이오프린팅으로 제작된 스캐폴드(scaffold), 새로운 붕대 치료법

북아일랜드의 벨파스트에 위치한 공립 연구 대학 퀸스 대학교 연구원들은 당뇨병성 족부 질환 치료를 위해 스캐폴드(scaffold)라고 알려진 새로운 붕대 치료법을 설계했다. 

이 연구에 따르면 3D 바이오프린팅으로 제작된 이 스캐폴드는 비용이 효율적이며, 4주 동안 항생제를 천천히 방출한다. 스캐폴드 구조가 상처 치유를 향상하는 세포 및 약물 전달을 위한 새로운 운반체로의 역할을 한다는 것이다.

'당뇨병 상처 치유 애플리케이션을 위한 3D 바이오프린팅된 스캐폴드' /독일 출판사 스프링어 갈무리

"프레임에는 박테리아를 사멸하는데 도움이 되는 항생제가 들어 있고, 콜라겐/알긴산나트륨에 의해 조제될 수 있는 '유리'에는 성장인자가 함유돼 세포 성장을 촉진할 수 있다. 지지체에는 상처 치유에 중요한 역할을 하는 두 분자층이 있다"

또한 성공적인 치료를 위해서는 스케폴드가 피부의 생리학적 특성을 모방해 신체 움직임 범위에서 피부의 자연스러운 탄성 특성과 함께 적용할 수 있는 충분한 유연성도 가져야 한다. 연구팀은 3D바이오프린팅된 스캐폴드 제작에 천연 및 합성 모두의 생분해성 폴리머가 사용되는 것으로 나타났으며 조직 공학용 천연 폴리머는 일반적으로 생체 적합성이 높지만 합성 폴리머는 천연 폴리머보다 더 강력한 기계적 특성을 나타낸다고 밝혔다.

항생제로 사용되는 레보플록사신(Levofloxacin)은 요로 감염과 안구 감염 및 피부 감염 등 다양한 질병의 치료에 사용되는 광범위한 플루오로퀴놀론(fluoroquinolone) 항생제다. 연구팀은 감염 부위에 항생제를 직접 전달하면 감염 부위에서 적절한 농도에 도달하기 위해 고용량이 필요한 전신 투여와 관련된 독성 위험을 줄일 수 있고, 항생제 내성 박테리아 균주의 성장 위험도 낮춘다고 설명했다.

해당 연구의 수석 저자인 퀸즈 약학 대학의 케이티 글로버(Katie Glover)는 "바이오프린팅 기술을 사용해 상처를 치료를 위한 적합한 기계적 특성을 가진 지지체를 개발했다. 상처 크기에 맞게 쉽게 수정할 수 있다"라며 "당뇨병성 족부 질환 치료를 개선하는 동시에 비용에 대한 경제적 부담도 줄일 수 있다"라고 말했다. 

연구팀은 다양한 디자인의 3D 바이오프린팅 스캐폴드를 통한 이 개념 증명 연구가 당뇨병성 족부 질환 치료를 위한 항생제 지지체 제작에서 바이오프린팅 기술의 혁신적인 잠재력을 보여준다고 말한다.

벌집 모양(a), 정사각형(b), 평행(c), 삼각형(d), 이중 평행(e) 및 바이오프린팅된 PCL 지지체의 유연성(f)을 보여주는 디지털 이미지 /스프링어 갈무리

당뇨병의 발병률은 전 세계적으로 빠르게 증가하고 있으며, 2045년까지 7억 명이 당뇨병으로 고통받을 것으로 예상되고 있는 가운데 그 비용적 부담 또한 증가할 것으로 예상된다.

3D 바이오프린팅은 다양한 크기의 정교한 디자인을 저렴한 비용으로 신속하게 생산할 수 있고, 이렇게 만들어진 스캐폴드는 상처에 구조적 지지를 제공하며 높은 수준의 세포 생존력을 유지하는 능력을 보여주었다는 것.

압출 기반, b 잉크젯 기반 및 c 레이저 보조 바이오프린팅 기술을 보여주는 개략도 /연구그림=스프링어 갈무리

연구팀은 당뇨병성 족부 질환 치료를 위해압출 기반 바이오프린팅 기술을 사용하여 항생제가 장착된 스캐폴드를 개발하는 것을 목표로 한다. 이 연구는 약물 전달과 중개 연구(Drug Delivery and Translational Research)에 최근 게재되었다.

'당뇨병 상처 치유 애플리케이션을 위한 3D 바이오프린팅된 스캐폴드' /독일 출판사 스프링어 갈무리

케미컬뉴스 김지연 기자



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