KAIST, OLED 패치 개발…빛이 약을 자동 조절

활성산소종 약물 방출 ‘스위치’로 활용

자가조절형 복합 치료 플랫폼 구현

향후 지능형 맞춤 치료 기술로 확장

머티리얼즈 호라이즌스 3월 표지논문.ⓒKAIST

붙이기만 하면 스스로 치료 강도를 조절하는 스마트 패치가 등장했다.

빛과 약물을 결합해 상처 회복 속도를 약 2배까지 끌어올린 자가조절형 유기발광다이오드(OLED) 상처 치료 패치로, 향후 환자 상태에 따라 빛이 약물 방출을 조절하는 지능형 치료 기술로 발전할 전망이다.

KAIST는 전기및전자공학부 최경철 교수 연구팀이 한국세라믹기술원 성대경 박사, 충북대학교 박찬수 교수팀과 함께 OLED와 약물전달시스템을 결합한 자가조절형 상처 치료 패치 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

연고는 과다 사용 시 부작용이 발생할 수 있고 빛을 이용해 세포 재생을 돕는 광생물변조(PBM) 치료 역시 적정량을 넘기면 효과가 떨어지는 한계가 있었다. PBM은 저강도 빛을 이용해 세포와 조직의 회복을 촉진하는 비침습 치료 방식을 의미한다.

연구팀은 이처럼 치료 강도를 적절히 조절하기 어려운 기존 치료법의 한계를 해결하는 데 주목했다.

이번 연구의 핵심은 ‘빛이 약을 조절한다’는 점이다. 빛을 쬐면 몸에서 활성산소종(ROS)이 생성되는데 이 물질이 나노입자를 자극해 약물이 방출되도록 하는 역할을 한다.

즉, 빛의 세기에 따라 생성되는 활성산소의 양이 달라지고, 이에 맞춰 약물 방출량도 자연스럽게 조절되는 구조다. 빛을 쬐면 세포 재생이 촉진되는 동시에 이때 생성되는 ROS가 ‘스위치’ 역할을 해 약물이 필요한 만큼만 자동으로 방출된다.

사람이 따로 조절하지 않아도 치료가 스스로 최적 수준을 유지하는 지능형 치료 방식이다. 쉽게 말해, 빛을 비추면 그 강도에 맞춰 약이 자동으로 적당한 양만 나오는 스스로 조절되는 치료 패치다.

연구팀은 피부에 밀착되는 630나노미터(nm) 파장의 OLED 패치를 제작했다.

패치는 빛을 고르게 전달해 세포 재생을 유도하는 동시에 피부 재생 효과로 잘 알려진 식물 유래 성분인 병풀 추출물 일명 ‘호랑이풀’과 같은 항산화 약물을 적정량만 방출하도록 설계됐다.

또 피부 곡면에 완전히 밀착되는 웨어러블 형태로 제작돼 빛 에너지 손실을 줄였으며 장시간 사용 시에도 온도를 약 31도 수준으로 유지해 저온 화상 위험 없이 안전하게 사용할 수 있다.

400시간 이상 성능을 유지하는 안정성도 확인돼 실제 의료기기 적용 가능성도 확보했다.

효과는 실험을 통해 확인됐다. 피부 세포 실험에서는 빛과 약물을 함께 사용하는 복합 치료가 단일 치료보다 더 빠른 회복을 보였다.

생쥐 실험에서는 치료 14일 차 기준 상처 회복률이 67%로 나타나 대조군(35%) 대비 약 2배 빠른 치유 속도를 기록했다.

피부 두께와 장벽 단백질 형성도 정상 수준으로 회복되는 등 치유의 질 역시 크게 향상됐다.

최경철 교수는 “OLED 기반 빛 치료를 단순히 쬐는 수준을 넘어 치료를 조절하는 역할까지 수행하며 상처 상태에 따라 약물 방출이 자동으로 조절되는 복합 치료 플랫폼으로 확장한 사례”라며 “향후 다양한 상처와 질환에 적용 가능한 환자의 몸 상태에 따라 스스로 반응하는 지능형 치료 기술로 발전시킬 계획”이라고 밝혔다.

연구 결과는 머티리얼즈 호라이즌스(Materials Horizons)에 지난 1월 온라인 게재된 데 이어 3월 표지논문으로 선정됐다.