한국연구재단(이사장 노정혜)은 이은지 GIST 교수 연구팀이 일산화탄소 방출 양과 속도를 제어하는 수화젤 패치를 개발했고, 체내 조직·장기에 쉽게 부착함으로써 효과적인 세포보호와 항염증 효과를 확인했다고 11일 밝혔다.

수화젤이란 삼차원 망상구조를 갖는 물질로 다량의 물을 흡수할 수 있는 특성이 있으며 대표적인 생체 재료로 이용되는 물질이다.

과량의 일산화탄소는 체내 조직의 산소공급을 차단하고 중추신경계에 영향을 준다. 두통, 경련, 구토, 심지어 사망에 이르게 한다. 반면 10~500ppm의 적은 농도는 염증 작용을 억제하고 혈관이완, 세포 손상·사멸을 억제한다.

이러한 장점을 이용해 일산화탄소를 치료제로 사용하려는 노력이 있었으나, 원하는 부위에 적절한 농도의 일산화탄소를 처리하기가 쉽지 않았다. 기존의 기술은 혈장에서 빠르게 일산화탄소를 방출시켜 치료 효과가 현저히 감소되거나 독성 유발의 부작용이 있다.

연구팀은 생체친화성 펩타이드에 일산화탄소 방출 분자를 결합해 나노섬유의 망상구조 형태를 유도했다. 펩타이드란 두개 이상의 아미노산이 결합해 형성된 화합물이다. 이로써 일산화탄소 방출 제어가 가능한 수화젤 주사와 패치를 성공적으로 제작했다.
 
특히 환부에 접착하는 수화젤 패치에서는 구성 요소인 펩타이드를 개질해, 물리적 강도를 향상시키고 환부와의 접착성도 높였다. 일산화탄소 가스의 전달과 치료 효과가 향상됐다.

또 분자 프로그래밍을 통해 일산화탄소 방출 양과 속도 조절이 가능하다. 세포 내 유전자나 단백질의 변형을 유도하는 활성 산소의 형성을 억제함으로써 세포 사멸과 염증 반응도 억제했다.

이은지 교수는 "일산화탄소의 방출 양과 속도를 제어해 치료제로 사용할 수 있는 실용적인 수화젤 패치 개발의 첫 사례"라며 "특정 조직이나 장기에 효과적으로 적용하는 가스 치료제 개발에 크게 기여할 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈'(Advanced Functional Materials)에 지난달 25일 자로 게재됐다.