자성 하이드로겔이 미리 장전된 붕대를 상처 위에 놓고 외부 장치를 사용하여 상처 치유 과정을 가속화한다. (제공: NUS)

자연적인 상처 치유 능력이 저하된 당뇨병 환자는 종종 치유 속도가 느린 만성 상처로 발전한다. 이러한 치유되지 않는 상처는 심각한 감염을 유발하여 사지 절단과 같은 고통스러운 결과를 초래할 수 있다.

새로운 치료법에는 치유를 위한 피부 세포와 자성 입자가 포함된 하이드로겔이 미리 탑재된 붕대를 적용하는 것이 포함된다. 치료 효과를 극대화하기 위해 무선 외부 자기 장치를 사용하여 피부 세포를 활성화하고 상처 치유 과정을 가속화한다. 자기 자극의 이상적인 지속 시간은 약 1~2시간이다.

실험실 테스트에서는 자기 자극과 결합된 치료법이 현재의 기존 접근법보다 약 3배 빠르게 당뇨병 상처를 치료하는 것으로 나타났다. 또한, 연구는 당뇨병성 족부궤양 치료에 중점을 두었지만, 이 기술은 화상과 같은 광범위한 복합 상처를 치료할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

"기존 드레싱은 상처 치유에 적극적인 역할을 하지 않는다."라고 NUS 디자인 및 공학 대학의 생체의학 공학부와 NUS 건강 혁신 및 기술 연구소의 연구원으로 구성된 팀을 이끄는 조교수인 앤디 테이(Andy Tay)는 말한다. “그들은 단지 상처가 악화되는 것을 방지할 뿐이며 환자는 2~3일마다 드레싱 교체 일정을 잡아야 한다. 이는 우리 의료 시스템에 막대한 비용을 초래하고 환자들에게도 불편을 끼친다.”

대조적으로, 새로운 발명은 상처 치유에 대한 포괄적인 올인원 접근 방식을 취하여 여러 측면에서 프로세스를 가속화한다.

테이는 "우리의 기술은 당뇨병성 상처와 관련된 여러 가지 중요한 요소를 다루고, 동시에 상처 부위의 높은 포도당 수치를 관리하고, 상처 근처의 휴면 피부 세포를 활성화하고, 손상된 혈관을 복원하고, 상처 내에서 파괴된 혈관 네트워크를 복구한다"고 말했다.

연구원들은 Advanced Materials에 발표된 논문에서 젤을 설명한다.

당뇨병 상처 치료를 위한 최적의 장소

현재 전 세계적으로 5억 명이 넘는 사람들이 당뇨병을 앓고 있으며 이 숫자는 크게 늘어날 것으로 예상된다. 따라서 족부 궤양(가장 흔하고 치료하기 어려운 상처 중 하나)과 같은 만성 당뇨병성 상처는 전 세계적으로 주요 의료 문제가 되었다.

이러한 상처에 대한 전통적인 치료법은 만족스럽지 못한 경우가 많아 반복적이고 지속적인 건강 문제를 일으키고 많은 경우 사지 절단을 초래한다.

매년 전 세계적으로 약 910만~2,610만 건의 당뇨병성 족부궤양이 발생하며, 당뇨병 환자의 약 15~25%가 일생 동안 당뇨병성 족부궤양이 발생한다. 싱가포르는 전 세계적으로 당뇨병으로 인한 하지 절단 비율이 가장 높은 국가 중 하나이며 하루 평균 약 4건이다.

피부 세포는 정상적인 일상 활동에서 지속적으로 기계적 힘을 경험한다. 그러나 상처가 있는 환자는 걷기 등의 격렬한 활동을 하지 않는 것이 일반적이며, 이는 치유에 필수적인 나머지 세포를 죽일 수 있다.

"우리 팀이 달성한 것은 부드러운 기계적 자극을 적용하여 최적의 지점을 식별하는 것이다."라고 테이는 말한다. "결과적으로 남은 피부 세포는 상처를 치료하기 위해 '운동'하지만 상처를 죽일 정도는 아니다."

특별히 고안된 상처 치유 젤에는 FDA가 승인한 두 가지 유형의 피부 세포인 각질세포(피부 복구에 필수)와 섬유아세포(결합 조직 형성에 필요)와 작은 자성 입자가 들어 있다. 외부 장치에 의해 생성된 동적 자기장과 결합하면 젤의 기계적 자극이 피부 섬유아세포의 활동을 더욱 활성화시킨다.

실험실 테스트에 따르면 자기 상처 치유 젤에 의해 생성된 섬유아세포 활동의 증가는 세포의 성장 속도를 약 240% 증가시키고 상처 치유에 중요한 단백질인 콜라겐 생성을 두 배 이상 증가시키는 것으로 나타났다. 또한 새로운 혈관 형성을 촉진하기 위해 각질세포와의 소통을 향상시킨다.

"우리가 취하고 있는 접근 방식은 상처 치유를 가속화할 뿐만 아니라 전반적인 상처 건강을 촉진하고 재발 가능성을 줄인다."고 테이는 말한다.

만성 상처 및 화상

자기 상처 치유 젤은 당뇨병성 상처 치유를 개선하는 데 큰 가능성을 보였지만 다른 복잡한 상처 유형의 치료에 혁명을 일으킬 수도 있다.

“무선 자기 유도 동적 기계적 자극과 결합된 자기 반응형 하이드로겔은 유익한 미세 환경 생성 및 조직 재생 촉진과 같은 상처 치유의 근본적인 과제를 해결한다.” 공동 제1저자인 NUS 디자인 및 공학 대학의 생체의학 공학과 연구원인 쇼 위펑(Shou Yufeng)은 말한다.

"이러한 원리와 우리 기술의 적응성, 그리고 환자의 일반적인 사용 용이성은 당뇨병을 넘어 화상 및 만성 비당뇨병성 궤양을 비롯한 다양한 상황에서 상처 치유를 개선하는 데 적용될 수 있음을 의미한다."

연구진인 쇼 위펑(Shou Yufeng)은 효과를 향상시키기 위해 자기 상처 치유 젤을 더욱 개선하기 위해 더 많은 테스트를 수행하고 있다. 그들은 또한 당뇨병이 있는 인간 조직을 사용하여 젤의 효과를 테스트하기 위해 임상 파트너와 협력하고 있다.

“이것은 적극적인 상처 치료에 있어 중요한 진전이다.”고 테이는 말한다. "우리의 목표는 전 세계 수백만 명의 결과를 개선하는 효과적이고 편리한 상처 치유 솔루션을 제공하는 것이다."

“특히 당뇨병성 족부궤양 분야의 상처 치유는 항상 어려운 분야였다. 당뇨병성 발 환자는 일반 환자만큼 잘 낫지 않으며 치유 기간이 길어지는 경우가 많다.”라고 이번 연구에 참여하지 않은 셍강 종합병원 정형외과 외과 조교수이자 컨설턴트인 프렌시스 웡 켕 린(Francis Wong Keng Lin은 말했다.

"상처 치유 기술의 발전은 환자의 치료 기간을 단축하고 가능한 한 빨리 삶으로 돌아갈 수 있게 하여 생산성과 삶의 질을 향상시킬 것이다."

연구진은 이 혁신에 대한 특허를 출원했다. 과학기술연구청의 추가 연구원 난양기술대학교; 쑨원대학교; 우한 공과대학(Wuhan University of Technology)이 이 작업에 협력했다.

출처: NUS