고대 로마에서 개발된 소나 양의 장으로 만들어진 천연 소재 실인 커트현(catgut)은 수술할 때 봉합사로 사용하면 흡수되는 특징이 있어 합성 봉합사가 주류가 된 현대 의료 분야에서도 일부에서 사용되고 있다. 이런 커트현에 촉발되어 약제 투여나 염증을 감지하는 센서를 가진 세포를 내장할 수 있는 스마트 봉합사를 MIT공대 연구팀이 개발했다.
커트현은 초식 동물 창자로 만들어졌지만 현대에서 사용되는 커트현은 보통 소와 양, 염소 유래 생성 콜라겐으로 제조된다. 연구팀은 현대 커트현을 개선해 소화관 봉합에 사용할 수 있어 튼튼하고 흡수성이 있을 뿐 아니라 염증 완치나 약제 투여 등 고급 기능을 갖춘 스마트 봉합실 개발에 착수했다.
연구팀은 소장이나 대장 등 소화관에 염증이 생기는 크론병 수술 후 경과를 개선하는 고도의 봉합사 개발을 목표로 설정했다. 절제한 장을 봉합했을 때 제자리를 유지하고 정상적으로 치유가 진행되지 않고 염증이 발생했을 경우 검지하는 2가지 기능에 초점을 맞췄다.
연구팀은 돼지 조직을 처리해 세포를 제거한 디굿(De-gut)이라는 물질로 봉합사 개발을 진행했다. 연구팀에 의하면 디굿에 건조나 비틀림을 더해 형성한 봉합사는 기존의 표준적인 커트현에 필적하는 강도가 있다고 한다. 또 커트현은 조직에서 돼지 세포를 제거하고 있기 때문에 환자 소화관에 존재하는 면역세포가 봉합사를 이물질로 인식해 공격하는 거부 반응 발생 위험이 감소했다.
봉합사 강도와 거부 반응 문제를 해결한 연구팀은 다음으로 봉합사에 고도의 기능을 갖게 하는 걸 목표로 소화관에서의 염증 감지나 약제 분자 전달, 살아있는 세포 운반 등 가능한 미립자를 묻힌 하이드로겔 코팅을 봉합사에 적용했다.
염증과 관련된 효소인 매트릭스 메탈로프로테아제를 히드로겔, MMP에 내장해 여기에서 방출된 펩티드가 환자 소변으로부터 검출되면 봉합 부위에서 염증이 발생하고 있다고 판단할 수 있다. 또 하이드로겔에 항염증제 덱사메타손 등을 코팅해 속도를 제어하면서 환부가 되는 소화관에 약제를 투여할 수 있다.
연구팀은 개발한 스마트 봉합사에 형광 마커로 태그를 붙인 줄기세포를 매립해 쥐에 이식 실험을 실시했다. 그 결과 줄기세포는 적어도 7일 이상 생존해 혈구 성장을 촉진하는 성장인자인 혈관내피세포증식인자(VEGF)를 생산할 수 있었다. 이 실험 결과는 스마트 봉합사가 약물 치료 뿐 아니라 줄기세포 치료와 같은 세포 치료에도 사용할 수 있다는 걸 시사한다.
연구팀은 이번에 개발한 봉합사는 센서를 탑재해 소화관에서 발생한 염증을 감지하고 치료할 수 있는 하이드로겔 코팅으로 덮인 봉합사라며 이 코팅을 한 봉합사는 장기간 세포를 생존할 수 있는 능력도 갖고 있다고 말한다.
연구팀은 이번에 개발한 스마트 봉합사 추가 테스트를 실시해 대량 생산 공정 구축에 임하고 있다. 또 이번 개발 목표였던 소화관 이외 부위에서도 이 봉합사를 사용할 가능성이나 항생제나 화학 요법 등 다른 종류 악제 투여에도 응용할 가능성도 조사하고 있다. 전문가는 연구팀이 개발한 스마트 봉합사는 저분자, 생물제재를 포함한 광범위한 치료법에 응용할 가능성이 있다며 다양성을 입증하는 훌륭한 연구라고 칭찬했다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.