인체의 전자기장 전달 유전율 높은 특성 이용
별도의 장치 없이 전기로 세포 자극 기술 개발
생체 전기 자극 활용하는 신경 치료 등에 활용 기대
연세대학교 치과대학 교정과학교실 최성환 교수, 연세대학교 공과대학 화공생명공학과 홍진기 교수, 중앙대학교 공과대학 기계공학과 이상민 교수 연구팀은 스마트폰 등을 통해 일상생활에서 발생하는 전기에너지를 세포로 전달하는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
이번 연구결과는 재료공학 분야 최고 권위 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ (Advanced Functional Materials, IF 19.924) 최신 호에 실렸다.
전기자극 기술은 비침습적으로 세포를 자극해 뇌 등 신경 치료에 활용하며 환자 부담이 적다는 장점이 있지만, 전기를 지속적으로 생산할 배터리나 전선 등이 있어야 해 불편함도 컸다.
연구팀은 이러한 단점을 해결하기 위해 인체가 전자기장을 전달하는 유전율이 높다는 특성에 집중했다. 일상생활에서 발생하는 전기에너지를 타깃 부위에 전달할 수 있도록 인체 매개 에너지 전달 시스템(Body-mediated energy transfer, BmET)을 개발했다.
이를 유한요소분석(Finite Element Analysis), 동물 모델에서 추출한 뼈, 근육, 지방 등의 복합 조직을 이용한 체외 실험(Ex-vivo), 골모세포(Osteoblast)를 이용한 시험관 내 실험(In-vitro) 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 세포 증식이 약 20% 증가한다는 점을 발견했다. 성장인자와 단백질도 대조군에 비해 20% 이상 증가하는 것으로 함께 확인됐다. 유전자분석을 통해 다양한 세포 기능에 관여하는 유전자 마커의 발현이 최대 40%까지 증가하는 점을 밝혀냈다.
연구팀은 이러한 증가가 “전기자극 장치에서 형성된 출력이 손실되지 않고 체내 조직까지 전달되어 세포의 기능을 조절할 수 있음”을 의미한다고 밝혔다.
최성환 교수는 “이번 연구를 통해 별도의 기기없이 인체를 매개로 한 전기자극 치료 매커니즘을 검증했다”며 “생체 전기자극을 통해 향후 신경 치료, 상처 치유 등이 필요한 환자의 치료 경과를 더욱 개선시키는 것은 물론 환자 편의도 증대시킬 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
