펩토이드 비율 조절에 따른 나노구조 및 기능 변화 모식도.

병원에서 사용하는 의료기기 표면에 세균이 달라붙어 생기는 감염을 막을 수 있는 새로운 기술이 현실화될 전망이다.

광주과학기술원(GIST·총장 임기철)은 서지원 화학과 교수팀이 김재홍 한국과학기술연구원(KIST) 박사팀과 공동으로 항생제에 강한 내성을 가진 세균이 의료기기 표면에 형성하는 '바이오필름'을 효과적으로 억제하는 다기능 항균 하이드로젤(물처럼 부드럽게 퍼지며 표면을 코팅할 수 있는 젤 형태 물질)을 개발했다고 12일 밝혔다.

연구팀은 펩토이드라는 인공 단백질 유사 물질을 활용했다. 펩토이드는 자연 단백질 구조를 모방해 세균을 죽이거나 붙지 못하게 설계할 수 있으며, 젤라틴 하이드로젤 안에서 스스로 모여 나노 구조를 형성하는 자기조립 방식으로 살균 효과와 안전성을 동시에 높일 수 있다.

인체에 안전하고 젤 형태로 쉽게 제작할 수 있는 젤라틴을 기반으로, 향균 펩토이드의 분포 상태를 정밀하게 조절해 세균 살균과 부착 억제 기능을 동시에 최적화하는 새로운 향균 표면 전략을 제시했다. 단순히 펩토이드의 양을 늘리는 대신, 젤라틴과 결합되는 비율을 조절해 펩토이드가 젤 안에서 완전히 고정되거나 일부가 뭉치는 다양한 구조를 만들었다.

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

실험 결과, 펩토이드가 고르게 퍼진 상태에서는 세균 부착이 크게 줄면서도 살균 효과가 유지됐고, 사람 세포에는 거의 영향을 주지 않아 안전했다. 반대로 펩토이드가 지나치게 뭉친 경우에는 세균과 사람 세포 모두에 영향을 줘 살균 효과는 나타나더라도 사람 세포 손상이 발생할 수 있음을 확인했다.

또한 하이드로젤을 이용해 병원에서 실제 감염 문제를 일으키는 대표적 세균인 황색포도상구균과 녹농균을 유리·실리콘·스테인레스 표면에 붙인 뒤 세균 부착 정도, 바이오필름 형성, 사람 세포에 미치는 영향을 측정한 결과 최적 조건으로 제작한 하이드로젤은 두 균 모두에서 바이오필름 형성을 기존 대비 약 60% 억제했다.

특히 항균 효과는 하이드로젤 표면과의 직접 접촉을 통해 나타났으며, 외부로 항균 물질이 방출되지 않아 안전성이 높았다.

이번 연구는 기존 항균 소재가 세균을 잘 죽이면서도 사람이 안전하게 사용할 수 있도록 균형을 맞추기 어려웠던 문제를 해결하고 의료기기 감염을 예방할 수 있는 가능성을 제시했다.

서지원 교수는 “병원 현장에서 감염의 원인이 되는 항생제 내성균과 바이오필름의 확산을 억제할 수 있는 소재 개발은 임상에서 시급히 요구되는 과제”라며 “이번 연구는 항균 펩토이드와 하이드로젤 소재를 결합해 바이오필름 형성을 억제할 수 있는 새로운 표면 소재 개발 전략을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다”고 말했다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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