병원에서 사용하는 카테터나 인공관절 등 의료기기 표면에 세균이 달라붙어 발생하는 감염을 예방할 수 있는 새로운 항균 소재 기술이 개발됐다. 항생제에 강한 내성을 가진 세균의 바이오필름 형성을 억제하면서도 인체 세포에는 안전한 표면 코팅 기술이다.

서지원 광주과학기술원(GIST) 화학과 교수와 김재홍 한국과학기술연구원(KIST) 박사 공동 연구팀은 항생제 내성 세균이 의료기기 표면에 형성하는 바이오필름을 효과적으로 억제하는 다기능 항균 하이드로젤을 개발했다고 12일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 Nano Letters에 게재됐다.

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펩토이드 비율 조절에 따른 나노구조 및 기능 변화 모식도. 젤라틴 하이드로젤에서 항균 펩토이드 결합 비율에 따라 자기조립 구조가 달라지며, 최적 조건에서 세균 부착과 바이오필름 형성이 억제되고 세포 독성은 최소화되는 과정을 보여준다. 연구팀 제공

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의료기기 감염의 핵심 원인 '바이오필름'
병원에서 사용하는 카테터·스텐트·인공관절 같은 의료기기 표면에는 세균이 쉽게 달라붙어 바이오필름을 형성한다. 바이오필름은 세균이 스스로 만든 보호막 안에서 집단을 이루는 구조로 항생제가 침투하기 어려워 병원 감염의 주요 원인으로 꼽힌다. 일단 형성되면 치료가 어렵고 환자의 회복을 릴짱릴게임 늦추며 병원 내 감염 확산 위험도 높인다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 펩토이드(peptoid)라는 인공 단백질 유사 물질을 활용했다. 펩토이드는 자연 단백질 구조를 모방해 세균을 죽이거나 표면에 붙지 못하도록 설계할 수 있는 소재다. 연구팀은 이를 젤라틴 기반 하이드로젤에 결합해 젤 안에서 스스로 나노 구조를 형성하도록 하는 손오공게임 자기조립 방식으로 항균 기능과 안전성을 동시에 확보했다.
특히 연구팀은 단순히 항균 물질의 양을 늘리는 방식이 아니라 젤라틴과 펩토이드의 결합 비율을 조절해 분포 구조를 정밀하게 제어했다. 그 결과 펩토이드가 젤 내부에 고르게 퍼진 구조에서는 세균 부착이 크게 줄면서도 살균 효과가 유지됐고, 사람 세포에는 거의 영향을 주지 않는 것으로 나 바다이야기게임장 타났다.
연구팀은 황색포도상구균과 녹농균을 유리·실리콘·스테인리스 표면에 부착시키는 실험을 통해 항균 성능을 검증했다. 실험 결과 최적 조건에서 제작된 하이드로젤은 두 균 모두에서 바이오필름 형성을 기존 대비 약 60% 억제하는 효과를 보였다.

또한 항균 물질이 외부로 방출되는 방식이 아니라 하이드로젤 표면과 세균이 직접 접촉하면서 작용하는 구조로 설계돼 인체 안전성 측면에서도 장점을 확인했다.




연구팀 사진. 왼쪽부터 GIST 화학과 서지원 교수, KIST 김재홍·박일수 박사, 윤재원 석사, GIST 화학과 윤희웅 박사과정생. GIST 제공


연구팀은 이번 기술이 의료기기 표면에 안정적으로 코팅될 수 있어 실제 병원 환경에서도 활용 가능성이 높다고 설명했다. 향후 카테터나 인공관절 등 다양한 의료기기의 감염 위험을 줄이고 항생제 사용을 최소화하는 데 기여할 것으로 기대된다.
김재홍 KIST 박사는 "분자의 결합 비율만 조절해도 표면 특성을 능동적으로 바꿀 수 있음을 보여준 연구"라며 "항균 기능뿐 아니라 다양한 생체 표면 설계로 확장 가능한 소재 플랫폼으로 발전할 수 있을 것"이라고 말했다.
서지원 GIST 교수는 "항생제 내성균과 바이오필름 확산을 억제할 수 있는 소재 개발은 임상 현장에서 매우 중요한 과제"라며 "항균 펩토이드와 하이드로젤을 결합해 바이오필름 형성을 억제하는 새로운 표면 소재 전략을 제시했다는 점에서 의미가 있다"고 전했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 GIST-이노코어(InnoCORE) 사업과 한국연구재단 세종펠로우십, 지역혁신 선도연구센터, 바이오의료기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다.
김종화 기자 justin@asiae.co.kr