주계일 교수팀 연구 논문, Chemical Engineering Journal 게재

해양단백질 생체소재로만 이루어진 새로운 지혈제 개발
체내 흡수 가능한 하이드로젤 국소 지혈 드레싱

화공신소재공학과 주계일 교수 공동연구팀이 해양생물 유래 단백질 생체소재만으로 제작된 건조 하이드로젤 메쉬 형태의 흡수성 국소 지혈 드레싱을 개발했다. 높은 혈액 응고 효능 및 상처 접착 기능을 지닌 새로운 지혈제 개발로 주목을 받은 이번 연구는 화학공학 분야에서 커다란 영향을 가지는 학술지인 <Chemical Engineering Journal(ENGINEERING, CHEMICAL 분야 JCR 상위 3.8%)>에 개제됐다.

국소 지혈제는 응급 외상이나 외과 수술 시 인체의 자연적인 혈액 응고 작용으로 조절하기 어려운 과다 출혈을 막기 위해 상처 부위에 사용되는 의료제품이다. 현재 사용되는 많은 국소 지혈제는 피부 등 체외 상처에만 적합하며, 생체적합성과 생분해성이 우수한 소재로 제작되어 혈관이나 장기 손상이로 인한 체내 출혈을 막기 위한 제품은 소수에 불과하다.

현재 사용되는 체내용 흡수성 지혈제로는 피브린이나 콜라젠 스펀지 등이 주를 이룬다. 이러한 제품들은 인체의 혈액 응고 작용을 활성화해 뛰어난 지혈 효과를 보이지만, 인체 또는 동물에서 추출된 단백질로 구성되어 있어 상대적으로 고가이며 바이러스 감염의 위험성도 존재한다. 또한, 기존 국소 지혈제로 사용되는 소재는 혈액 내 조직 접착력이 없어 출혈 부위에 고정하기 어렵다는 단점이 있다.

공동연구팀은 해양생물 유래 단백질 생체소재인 말미잘 실크단백질과 홍합 접착단백질을 이용해 건조 하이드로젤 메쉬 형태의 국소 지혈 드레싱을 개발했다. 하이드로젤이란 고분자 사슬 간 화학적 결합과 물리적 가교를 통해 형성된 그물망 형태의 구조로, 내부에 수분을 담지할 수 있는 젤의 일종이다. 연구팀은 이 하이드로젤을 말미잘 실크단백질로 구성한 뒤 동결건조함으로써 혈액 흡수력을 지닌 패치를 제작하고 여기에 홍합 접착단백질을 첨가해 상처 접착력과 지혈 능력을 부여했다. 패치의 표면에 코팅 적용된 홍합 접착단백질은 강력한 수중 접착력을 갖는 홍합의 족사 분비물에서 발견되었으며, 공동연구팀이 유전자 재설계 기술을 적용해 대량생산에 성공한 원천소재이다. 연구팀은 기존 연구를 통해 홍합 접착단백질이 수중 표면 접착력 및 정전기적 상호작용을 통해 혈소판을 활성화하고 혈액 내 물질들을 응집시키는 등 지혈 효능을 가진다는 것을 규명한 바 있다.

해양생체소재인 말미잘 실크단백질과 홍합 접착단백질을 활용한 건조 하이드로젤 메쉬 형태의 흡수성 국소 지혈 드레싱

하이드로젤 패치의 주성분인 말미잘 실크단백질 역시 공동연구팀이 유전자 재설계 기술을 적용해 생산된 원천소재이며, 누에 실크 및 인간 콜라겐 등과 유사한 아미노산 조성과 기계적 물성을 지닌다는 것이 확인된 바 있다. 연구팀은 이번 연구를 통해 이 말미잘 실크단백질로 구성된 표면이 혈액의 내인성 지혈 경로를 활성화한다는 사실을 처음으로 규명하였으며, 이를 메쉬 형태의 동결건조 하이드로젤 패치로 제조하여 혈액 흡수 능력과 표면 상호작용을 극대화했다. 이번 연구를 통해 동물실험을 통해 지혈 효능, 생체 적합성, 생분해성 등을 확인했으며, 향후 후속 연구를 통한 개선 및 고도화를 통해 실제 임상에서 활용되는 흡수성 국소 지혈제로 활용될 것으로 기대된다.

본 연구는 해양수산부의 해양바이오산업신소재연구단사업과 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 받아 본교 주계일 교수, 포스텍 차형준 교수, 가톨릭의대 이종원 교수(공동교신저자), 포스텍 이재윤 박사 가톨릭의대 김은진 연구원(제1저자) 참여했으며, 해양바이오벤처기업 ㈜네이처글루텍에 기술이전이 완료됐다.