【브레이크뉴스 경북 포항】이성현 기자=홍합접착단백질을 이용해 소변에 노출된 상황에서도 장기에 생긴 누공(瘻孔)을 효과적으로 꿰맬 수 있는 혁신적인 방광 누공 치료기술이 개발됐다.

▲ 방광 누공 수중접착제-대표그림  © POSTECH

15일 POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 화학공학과 차형준 교수, 김효정 박사(현, 한국화학연구원), 박태윤 박사 연구팀이 고려대 안암병원 비뇨의학과 강석호 교수, 강북삼성병원 비뇨의학과 편종현 교수 연구팀과 함께 홍합단백질을 이용한 ‘수중접착제’를 개선하고, 이를 실제 방광 누공을 모사한 돼지 모델에 적용해 봉합사를 이용한 기존 치료 방법보다 훨씬 간편하고 빠르게 누공을 폐쇄하며, 치료 효과가 더 뛰어난 것을 확인했다고 밝혔다.

누공(fistula)이란 혈관, 창자와 같이 두 개의 공간으로 이루어진 기관 사이에 생기는 비정상적으로 연결된 구멍(hole)을 의미한다. 그중에서도 방광(bladder)은 주변으로 복강내 창자, 자궁, 질 등 다양한 장기와 접해 있어 누공이 발생할 경우, 분뇨 실금이나 방광 염증과 같은 다양한 부작용이 발생한다. 이는 환자 삶의 질을 심각하게 훼손할 뿐 아니라, 특히 개발도상국의 경우 여성 누공이 여성의 인권과 존엄성을 무시하는 매우 심각한 사회문제로 여겨지고 있다.

현재는 이러한 방광 누공을 치료하기 위해서는 봉합사로 꿰매는 물리적 봉합 방식이 대표적이다. 하지만 이러한 물리적 봉합은 수술이 어렵고, 방광의 수축과 팽창이 반복되는 경우 조직이 손상되어 상처가 잘 아물지 않는 등 다양한 어려움이 있었다.

POSTECH-고려대 공동연구팀은 2016년에 홍합접착단백질의 상분리 현상을 이용한 제형을 만들어 혈액, 소변과 같은 체액에서도 분해되지 않고 우수한 수중 접착력을 가지는 수중접착제를 개발했다. 여기에서 더 나아가 이번에는 임상으로의 실제 적용을 위한 수중접착제의 개선과 함께 방광 누공이 있는 돼지 모델로 실험했다.

공동연구팀은 요변성*1을 가지는 액체-액체 상분리 제형을, 접착제 개발에 이용함으로써 얇은 주사기를 통해 고점도의 액상 접착제가 누공 부위에 정확히 전달되도록 했다. 이와 함께 누공 폐쇄 이후에는 누공으로부터 흘러나오거나 탈락하지 않도록 설계했다.

연구팀은 수중 접착력에 중요한 역할을 하는 작용기인 카테콜(catechol)의 함량을 최대로 높여 체액이 존재하는 환경에서도 더욱 안정적인 접착력을 가지는 것을 확인했다. 유연성이 좋은 단백질 기반 접착제의 특성으로 수축과 팽창을 반복하는 장기인 방광에서도 누공의 폐쇄력은 계속 유지됐고 이후 단백질 접착제는 생분해되어 누공은 자연재생이 되는 것도 확인했다.

또, 폐쇄된 누공 주변으로 그 어떤 면역 반응이나 염증도 관찰되지 않았으며, 소재의 대량확보, 낮은 수술 난이도 때문에 열악한 의료환경을 가지고 있는 개발도상국에서도 쉽게 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 한편, 홍합접착단백질 기반 수중접착제는 ㈜네이처글루텍에 기술이전을 완료, 현재 상용화가 추진되고 있다.

POSTECH 차형준 교수는 “대한민국 원천소재인 홍합접착단백질을 이용해 실제 방광 누공 대형동물 모델에 적용하여 효과적인 방광 누공 치료 기술로서의 효과를 확인했다”며 “비슷한 환경의 누공이나 천공과 같은 질환에도 성공적으로 적용할 수 있을 것”라며 기대감을 밝혔다.

고려대 강석호 교수는 “방광 누공은 환자들의 삶의 질에 많은 영향을 주는 치료가 쉽지 않은 질환인데, 이번 연구를 통해 개발된 방광 누공 치료기술은 우수한 내수성 및 수중 접착력을 바탕으로 향후 개복수술뿐 아니라 로봇 수술, 내시경 수술과 같이 최소침습적(minimally-invasive) 수술법에도 적용 가능할 것이다”고 전망했다.

한편, 이번 연구 결과는 생체소재 분야 국제 학술지 ‘악타 바이오머터리얼리아 (Acta Biomaterialia)’에 최근 온라인 게재됐으며, 연구는 보건복지부의 ‘보건의료기술개발사업’, 산업통상자원부의 ‘바이오산업핵심기술개발’, 그리고 포스코 전략과제의 일환으로 수행됐다.

<아래는 구글번역기로 번역한 기사 전문이다.>

 A hole in the organ, fill it with mussels

[Brake News, Pohang, Gyeongsangbuk-do] Reporter Seong-Hyeon Lee = An innovative bladder fistula treatment technology that can effectively sew fistulas in organs even when exposed to urine using mussel adhesive protein has been developed.

On the 15th, POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Moo-Hwan Kim) joined the research team of Professor Hyung-Joon Cha, Hyo-Jung Kim (currently, Korea Research Institute of Chemical Technology), and Dr. It was confirmed that the'water adhesive' using mussel protein was improved and applied to a pig model that simulates an actual bladder fistula to close the fistula much more easily and quickly than the conventional treatment method using sutures, and the treatment effect was more excellent.

Fistula refers to an abnormally connected hole formed between organs consisting of two spaces, such as blood vessels and intestines. Among them, the bladder is in contact with various organs such as the intestine, uterus, and vagina in the abdominal cavity, and when a fistula occurs, various side effects such as manure incontinence or bladder inflammation occur. This not only seriously damages the quality of life of patients, but especially in developing countries, female fistulas are regarded as a very serious social problem that ignores the human rights and dignity of women.

Currently, to treat such bladder fistulas, a physical suture method stitched with sutures is representative. However, such a physical suture has various difficulties, such as difficult surgery, and repeated contraction and expansion of the bladder damage the tissue and the wound does not heal well.

The POSTECH-Korea University joint research team developed a formulation in 2016 using the phase separation of mussel adhesive proteins and developed an underwater adhesive that does not decompose in body fluids such as blood and urine and has excellent underwater adhesion. Furthermore, this time, we experimented with a pig model with bladder fistula with improvement of the underwater adhesive for practical application in clinical practice.

The joint research team used a liquid-liquid phase-separating formulation with thixotropy*1 to develop the adhesive so that the high-viscosity liquid adhesive was accurately delivered to the fistula area through a thin syringe. In addition, after the fistula is closed, it is designed so that it does not flow out or fall out of the fistula.

The research team confirmed that the content of catechol, a functional group that plays an important role in the adhesion in water, was maximized, and thus it has more stable adhesion even in the presence of body fluids. It was also confirmed that the fistula's closing force continued to be maintained in the bladder, an organ that repeatedly contracts and expands due to the properties of a protein-based adhesive with good flexibility, and after that, the protein adhesive is biodegraded and the fistula is naturally regenerated.

In addition, no immune response or inflammation was observed around the closed fistula, and it is expected to be easily utilized in developing countries with poor medical conditions due to the large amount of materials and low surgical difficulty. On the other hand, mussel adhesive protein-based underwater adhesives have completed technology transfer to Nature Glutech, and are currently being commercialized.

POSTECH Prof. Hyung-Joon Cha said, "We have confirmed the effectiveness as an effective bladder fistula treatment technology by applying it to an actual bladder fistula large animal model using the mussel adhesive protein, which is a source material in Korea." I will be able to do it.”

Professor Kang Seok-ho of Korea University said, “Bladder fistula is a disease that is difficult to treat, which has a large impact on the quality of life of patients. It will be applicable to minimally-invasive surgical methods such as surgery and endoscopic surgery.”

Meanwhile, the results of this research were recently published online in the international journal'Acta Biomaterialia' in the field of biomaterials, and the research was conducted on the'Health and Medical Technology Development Project' by the Ministry of Health and Welfare, and the'Bio Industry Core Technology' by the Ministry of Trade, Industry and Energy. Development' and as part of POSCO's strategic task.