우리 몸 점막 본떠 유해균 군집 형성만 선택적으로 차단

구강은 물론 장·피부 질환 치료 소재 기대

     구강 염증 치료 과정에서 유해균만 골라잡고 유익균은 보호하는 생체재료가 개발됐다.

연세대학교 치과대학 최성환(교정과학교실)·차재국(치주과학교실)·만갈 웃커시(구강생물학교실) 교수, 연세대학교 화공생명공학과 홍진기 교수, 미국 매사추세츠공과대학교(MIT) 기계공학과 조반니 트라베르소 교수, 성균관대학교 식품생명공학과 최우진 교수 공동연구팀이 우리 몸 점막을 본떠 유해균 군집 형성을 억제하고 건강한 미생물 생태계를 유지할 수 있는 생체재료를 개발했다고 21일 밝혔다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials, IF 29.1)’ 최근호에 게재됐다.

우리 몸 피부와 입 안, 장 등에는 수많은 미생물이 살아간다. 미생물은 서로 균형을 이루면 건강 유지에 도움을 주지만, 특정 유해균이 지나치게 늘어나 균형이 깨지면 만성 염증을 비롯한 다양한 질환으로 이어질 수 있다. 이러한 상태를 ‘미생물 불균형’이라고 한다.

기존에는 유해균을 줄이기 위해 항균·살균 물질을 사용하는 방식이 주로 활용됐다. 하지만 강력한 살균 물질은 유해균뿐 아니라 우리 몸에 필요한 공생 미생물까지 함께 제거할 수 있다는 한계가 있었다. 유해균만 선택적으로 억제하면서 유익균이 살아갈 수 있는 환경을 유지하는 기술이 필요한 이유다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 우리 몸에서 미생물과 가장 많이 맞닿아 있으면서도 비교적 안정적인 미생물 생태계를 유지하는 ‘점막’에 주목했다.

점막은 단순히 몸 안쪽을 덮는 막이 아니라 액체와 고체의 성질을 동시에 가진 독특한 표면 환경을 형성한다. 최성환 교수 연구팀은 점막의 물리·화학적 특성을 모사한 생체재료를 개발했다.

개발된 소재는 유해균이 서로 달라붙어 단단한 덩어리인 ‘균막(바이오필름)’을 만드는 것을 방해한다. 균막이 형성되면 세균은 외부 공격에 강해지고 주변 조직에 지속적인 염증을 일으킬 수 있는데, 연구팀의 소재는 점막과 유사한 표면 환경을 만들어 이러한 군집 형성을 차단한다.

반면, 유익한 공생 미생물은 안정적으로 유지한다. 인위적으로 미생물을 무차별 제거하는 대신 유해균이 우세해지기 어려운 환경을 조성해 미생물 생태계가 건강한 균형을 되찾도록 한 것이다.

연구팀은 개발한 생체재료를 동물의 감염성 상처 부위에 적용해 효과를 확인했다. 그 결과 소재를 적용한 부위에서는 급성 및 만성 염증 반응이 크게 감소했다.

미생물 유전자를 분석한 결과에서도 질환을 일으킬 수 있는 유해균은 감소한 반면 유익한 공생 미생물은 안정적으로 유지됐다. 또한 병원성 독성 물질 생성과 관련된 유전자 발현도 크게 억제됐다.

최성환 교수는 “이번 소재가 향후 구강 질환 치료용 패치나 치과용 임플란트 표면 코팅 등 다양한 의료기기에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”며 “나아가 미생물 불균형이 질환 발생에 관여하는 장 질환과 피부 질환 등 만성 염증성 질환의 치료 소재로도 확장할 수 있을 것”이라고 말했다.

차재국 교수는 “이번 연구는 유해균을 무차별적으로 제거하는 기존 살균 방식에서 벗어나 인체가 본래 갖고 있는 점막의 환경을 공학적으로 구현해 미생물 생태계의 균형을 회복시키는 새로운 접근법을 제시한 것”이라며 “향후 다양한 만성 염증성 질환에 활용할 수 있는 안전한 치료 소재로 더 발전시켜 나갈 것”이라고 밝혔다.