브라운 대학교의 생의학 공학팀은 최근 새로운 스마트 상처 드레싱을 개발했습니다. 하이드로겔 소재는 상처 내 유해 박테리아의 존재를 "감지"하고 특정 박테리아 효소가 감지될 때만 항생제를 방출하여 치유를 가속화하는 동시에 불필요한 항생제 사용을 크게 줄이는 하이드로겔 소재입니다. 연구진은 새로 발표된 동물 실험과 체외 실험에서 이 소재가 현재 임상에서 감염 제거 및 치유 촉진을 위해 널리 사용되고 있는 항균 하이드로겔 드레싱보다 우수하다는 사실을 확인했으며, 전 세계적인 항생제 내성 문제를 해결하는 새로운 전략이 될 것으로 기대하고 있다.
보도에 따르면 이 스마트 드레싱의 핵심은 상처 표면에 직접 덮을 수 있고, 내부에 항생제가 '탑재'된 하이드로겔이다. 하이드로겔 구조는 장쇄 폴리머와 더 작은 분자의 가교제로 구성됩니다. 후자는 특정 박테리아에 의해 생성된 β-락타마제를 만나면 분해되어 하이드로겔의 전체 구조가 붕괴되어 "내부에 단단히 밀봉된" 항생제가 방출됩니다. 이러한 해로운 박테리아가 상처 환경에 존재하지 않으면 하이드로겔은 안정적이고 온전하게 유지되며 약물이 누출되지 않아 피부의 건강한 공생균총에 대한 간섭과 노출을 피할 수 있습니다.
이 프로젝트의 리더이자 브라운 대학교 공과대학 교수인 아니타 슈클라(Anita Shukla)는 현재 전 세계적으로 항생제 내성 문제가 심각하며 항생제를 보다 "현명하게" 사용하는 방법이 중요하다고 말했습니다. 그녀는 이 소재의 디자인 컨셉이 "주문형 약물 전달"이라고 지적했습니다. 감염을 유발하는 박테리아가 실제로 상처에 존재할 때만 드레싱이 약물 방출을 시작합니다. 감염이 없는 경우 약물은 항상 밀봉된 상태로 유지되므로 소스에서 항생제를 남용할 위험이 줄어듭니다.
연구팀은 체외 실험에서 하이드로겔이 일반적인 병원성 박테리아가 생산하는 베타-락타마제에 매우 특이적인 것을 발견했습니다. 이 효소를 생산할 수 있는 해로운 박테리아가 테스트 환경에 존재할 때 하이드로겔은 빠르게 분해되어 항생제를 방출했습니다. 효소를 생성하지 않는 무해한 박테리아만 포함된 경우 하이드로겔은 그대로 유지되었으며 장기간 노출되어도 상당한 저항성이 발생하지 않았습니다. 연구자들은 이 "효소에 민감한" 반응 메커니즘이 실제로 필요할 때만 약물이 개입하도록 돕는다는 점을 강조합니다.
연구에 따르면 이 소재는 밀봉 약물에 있어서 높은 안정성을 보이는 것으로 나타났습니다. 유발 요인이 없을 경우 항생제는 하이드로겔에서 거의 누출되지 않으며 베타-락타마제가 구조를 붕괴시킬 만큼 높은 수준에 도달할 때만 약물이 집중적으로 방출됩니다. 슈클라는 이 기능이 약물 투여 시기 조절에 도움이 될 뿐만 아니라 여러 번의 드레싱 교체 필요성을 줄여 임상 사용 편의성을 제공할 것으로 기대한다고 말했다.
연구팀은 마우스 실험에서 이 스마트 하이드로겔을 찰과상 감염이 있는 마우스 상처에 바르고 단 한 번의 도포로 세균 감염을 완전히 제거했다. 이에 비해 현재 임상에서 널리 사용되고 있는 항균드레싱은 세균 제거나 상처치유 속도 측면에서 신소재만큼 좋지는 않다. 연구 결과는 이 새로운 드레싱이 국소 감염을 보다 효과적으로 제어하고 피부 장벽 기능을 보다 신속하게 회복하는 데 도움이 될 수 있음을 보여줍니다.
과학계에서는 항생제 오용을 줄이기 위한 조치를 취하지 않으면 금세기 중반까지 약물 내성 감염으로 인해 연간 거의 천만 명이 사망할 수 있다는 우려가 널리 퍼져 있습니다. 연구에 따르면 매년 전 세계적으로 백만 명이 넘는 사람들이 항생제 내성 감염으로 사망하는 것으로 추정됩니다. 이러한 배경에서 본 연구에서 제안한 '주문형 반응' 스마트 하이드로겔은 치료 효과와 약물 내성 예방 및 제어의 균형을 맞추는 새로운 기술 경로를 제공합니다.
논문의 저자는 박테리아 효소에 민감한 이 스마트 하이드로겔이 베타-락타마제를 생성하는 병원성 박테리아가 검출될 때 신속하게 항생제를 방출할 수 있어 감염의 "주문형 소독"을 달성하는 동시에 비감염 상태의 건강한 미생물과 조직이 항생제에 노출되는 것을 최소화할 수 있다고 요약했습니다. 현재 연구팀은 이 물질에 대한 특허를 신청했으며 기술을 최적화하고 향후 임상 적용 및 상업화를 위한 개발을 지속적으로 추진하고 있습니다.
"감염된 상처에 항생제를 전달하기 위한 박테리아 효소 반응성 하이드로겔"이라는 제목의 이 연구 결과는 2026년 3월 Science Advances 저널에 게재되었습니다. 이 연구는 Dr. Ralph와 Marian Falk Medical Research Foundation의 자금 지원을 받았습니다.