가톨릭대학교(총장 최준규) 바이오메디컬화학공학과 나건·바이오로직스공학부 김경섭 교수 연구팀이 외부 전기 자극으로 항암제 방출 시점과 용량을 정밀하게 조절할 수 있는 지능형 하이드로겔 ‘HTZ@D’를 개발했다고 24일 밝혔다.

기존 항암 치료는 단기간 고용량 투여 방식이 주를 이뤄 독성 부작용과 면역 저하, 약물 저항성 문제가 지속적으로 제기돼 왔다. 이를 보완하기 위한 저용량 장기 투여 방식인 ‘메트로노믹 치료’가 대안으로 제시됐지만, 체내 약물 농도를 일정하게 유지하기 어렵고 반복 투여 부담이 크다는 한계가 있었다.

기존 약물 전달 시스템도 온도, 빛, 산성도(pH) 등 외부 자극을 활용했으나, 자극 전달 범위가 제한적이고 정밀 제어가 어려워 임상 적용에 제약이 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 전기 자극 기반 제어 방식에 주목했다. 인체 친화적 다당류와 천연물, 금속이온을 결합한 복합 하이드로겔을 설계하고 약 3V 수준의 미세 교류 전기 자극이 가해질 때만 항암제 독소루비신이 방출되도록 구현했다.

실험 결과, 전기 자극이 없는 상태에서는 14일 동안 약물 누출이 8% 수준에 그쳐 높은 안정성을 보였다. 반면 전기 자극을 가할 경우 치료에 필요한 농도(10~100ng/mL)를 14일 이상 유지하며 정밀 제어가 가능했다.

동물 실험에서도 정상 세포 손상은 최소화하면서 암세포를 선택적으로 사멸시키는 효과가 확인됐다. 종양 성장 억제와 함께 면역세포 활성 증가, 종양 내 혈관 생성 억제 등 복합적인 항암 효과도 나타났다.

이번 연구는 생체재료 분야 국제학술지 Biomaterials에 게재됐다.

나 교수는 “전기 자극 기반 약물 제어를 통해 투여 시점과 용량을 정밀하게 조절할 수 있는 플랫폼을 제시했다”며 “환자 맞춤형 정밀 치료와 부작용 감소, 의료비 절감에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구팀은 향후 무선 전기 자극 기반 완전 이식형 치료 시스템으로 기술을 고도화하고, 항암 치료를 넘어 염증 질환과 조직 재생 등으로 적용 범위를 확대할 계획이다.