점막은 구강, 코, 소화기관 등 외부의 자극으로부터 장기를 보호하며 수분의 손실을 막아주는 기능을 수행하는 중요한 장기의 하나로, 점막이 각종 종양 등에 의하여 결손이 일어나게 되면 그 보호작용이 상실되어 기능장애를 일으키게 된다. 따라서 점막 손상이 생긴 환부를 보호하고 조직의 재생을 촉진시키는 인공점막 소재는 급증하고 있는 점막손상 환자에 필수적인 중요한 의료용품 중의 하나이다. 그러나 인공점막의 커다란 잠재적 응용가능성에도 불구하고 세계적으로 인공점막의 연구는 아주 초보적인 단계에 있고, 국내에서는 점막을 연구하는 연구팀은 거의 전무한 것으로 알려져 있다.
지금까지는 국내의 의료관련 제품 시장이 너무 작아 국산제품의 개발에 상당한 장애가 있었던 것은 사실이나, 최근 의료보험 체계가 바뀌기 시작하였고 여러 치료용 품목이 비급여 품목에서 제외되기 시작한 상황에서 인공점막 및 인공피부 관련 제품도 시장이 급격히 성장할 것으로 예상된다. 따라서 인공점막 소재의 국산화가 시급한 실정이다.

본 세부과제에서는 기존에 인공피부나 조직공학용 소재로 각광을 받고 있고 그 상처치유 및 조직재생 효과가 검증된 생체친화성 천연 및 합성고분자를 전기방사(그림1 참조) 방식을 적용하여 독창적으로 복합화함으로써 나노섬유로 구성되는 인공점막 소재를 제조하고자 하였다. 이러한 나노기술을 이용한 생체 고분자 소재의 복합화는 그들이 가지는 효과를 극대화할 수 있는 가장 효과적인 방법으로 우수한 성능의 인공점막 제품을 개발하기 위한 핵심기술이라 할 수 있다.

[그림 1] 전기방사에 의한 인공점막용 나노섬유 지지체의 제조과정

본 연구과제는 천연 및 합성 고분자의 복합체로 구성되는 인공점막 소재로 그 형태가 부직포 시트상인 지능형 인공점막 제품을 개발하는 것을 최종목표로 하고 있으며, 그동안 진행되어온 연구내용을 간략하게 소개하면 다음과 같다. 먼저, 섬유상 천연 단백질인 실크 피브로인과 생체 구성 섬유상 단백질인 콜라겐을 전기방사하여 나노섬유로 구성된 다공성 매트릭스를 제조하였고 이를 불용화 또는 가교화하는 기술을 확립하였다. 또한 최적화된 실크 피브로인 및 콜라겐 나노섬유 다공성 매트릭스에 대한 구강상피세포 및 진피세포의 점착, 증식 등의 상호작용을 실험실적으로 평가하여 그 우수성을 확인하였다(그림 2 및 그림 3). 향후 점막 재생효과의 극대화를 위한 첨가제(기능성 펩타이드 등 포함)를 탐색하여 첨가제를 함유하는 인공점막용 나노구조의 다공성 매트릭스를 제조하여 동물실험을 통해 그들의 상처치유 및 조직재생에 관한 효능과 응용가능성을 기능적, 형태학적, 조직학적 평가를 통해서 종합적으로 고찰할 예정이다.

생체친화성이 우수한 단백질(실크 피브로인, 콜라겐) 및 다당류(키틴, 키토산, 산화 셀룰로스)로부터 최신 방사기술인 전기방사를 통해서 제조되는 복합 나노섬유로 구성되는 지지체는 세포의 형태, 증식, 분화, 기능을 결정하는데 중요한 역할을 수행하는 생체내의 세포외기질과 구조적으로 매우 유사하다. 따라서, 인공점막의 조직재생을 위한 이상적인 환경을 제공할 수 있다. 이와 같은 새로운 생체친화성 소재의 복합화 및 나노섬유 제조기술을 활용하는 본 연구의 아이디어로부터 긴밀한 학제간 연구를 통해 핵심적인 문제를 원만히 해결함으로써 차별화된 인공점막 제품은 물론 우수한 연구논문과 특허의 도출이 가능할 것으로 기대된다(그림 4 참조).

[그림 4] 특허에 인용된 인공피부 및 점막 관련재료 현황

본 연구과제의 최종 성과물인 인공피부 및 점막의 전 세계 시장규모가 2001년 5억 달러였으나 2008년에는 80억 달러 규모로 성장할 것으로 예상되며, 특히 2003년 피부창상 치료제의 세계시장 규모가 25억 달러에 달한 것으로 조사되었다(시장조사기관 칼로라마 인포메이션사가 최근 공개한 ‘창상 치료제 시장현황 I : 피부궤양’ 보고서). 또한 현재 피부 및 점막손상 환자수가 전 세계적으로 약 1,800만명에 달하는 것으로 추정되고 있어 그 무한한 시장성을 예측할 수 있다. 따라서, 재료공학자-(구강)생화학자 등으로 구성되는 학제간의 연구를 통해서 체계적인 연구가 꾸준히 수행된다면 세계적으로도 경쟁력 있는 인공점막 제품의 국산화는 수년 이내에 이루어질 수 있을 것으로 기대된다.