사진; 결핵진단용 DNA칩
바이오물질 관련 분야에서는 최근 이식광학장치의 개발 추진, 생의약 나노기술 발표, 영국의 이식장치 등록 결정 등을 비롯한 여러 가지 활동이 있었다.
◇이식광학장치 개발 추진=손상된 각막과 렌즈를 복구하거나 대체할 수 있는 단순한 폴리머시스템의 개발이 현재 추진되고 있다. 이런 시스템이 개발되면 결함이 있는 렌즈를 제거하고 렌즈 캡슐에 생체호환성이 있는 지능(smart) 겔 폴리머를 주입할 수 있게 된다. 이 겔은 체온에서 묽어져 렌즈 캡슐 안에서 변형에 민감하게 됨으로써 생체 렌즈가 초점을 맞추듯이 초점을 맞춘다.
이 기술에서 어려운 문제는 겔 시스템의 수명을 장기화하는 데 있다. 망막이식은 이보다 더 복잡해서 빛을 전기신호로 변환하는 시스템이 있어야 한다. 가령 옵토바이오닉스(Optobionics Corp.)사는 각기 전극이 있는 약 3500개의 태양광 전지로 구성된 작은 이식장치를 개발하고 있다. 이 이식장치는 태양광 전지에서 나오는 전기신호가 나머지 망막세포의 반응을 일으키게 함으로써 광신경을 따라 전송할 신호를 창출한다. 이 장치를 디자인하는 데 어려운 점은 제품이 매우 작고 생체호환성과 전원이 있어야 한다는 것이다. 더구나 이 장치는 뇌에서 감지할 수 있을 만큼 빨리 이미지를 생성해야 한다.
◇생의약 나노기술 발표=지난 2000년 9월과 2001년 연구원과 전문가들이 바이오 멤스(MEMS:Micro Electro Mechanical System)와 세계 생의약 나노기술회의(Biomedical Nanotechnology World Conference)를 열었다. 이들은 투약, 조직공학, 핵산의 확보·조정 및 증폭, 단백질공학, 마이크로유체공학, 바이오센서, 분자결합, 나노 크기의 이미징 등을 위한 마이크로기술 및 나노기술에 관한 연구 결과를 발표했다.
어느 논문에서는은 바이오멤스의 크기가 몇백만분의 1미터가 되는 것이 있는가 하면 어느 것은 하나의 세포만하다고 기술하고 있다. 전문가들은 이런 제품들이 앞으로 현재 사용되고 있는 외과 및 의료기술을 상당부분 대체할 것으로 내다봤다. 이들은 가령 나노 두께의 얇은 막을 사용해 약품을 매우 효과적으로 투여할 수 있게 될 것이라고 설명하면서 이런 극소장치를 바이오센서·마이크로프로세서·전원 등과 연결하면 생체이식투약시스템이 인체와 밀접하게 조화를 이뤄 건강하게 작용할 것으로 예상했다.
이 회의에서는 또 조직공학에서 세포를 배양하는 데 필요한 바이오물질 구조물의 개념이 명확하게 정리됐다. 이를 바탕으로 연구원들은 구조물 표면의 윤곽과 구조를 향상시키는 데 노력을 집중하게 될 것이다.
◇골절의 치료=골절을 치료하는 데 이상적인 물질은 금속처럼 단단하되 생체용해성이 있어서 회복된 후에 제거수술을 할 필요가 없도록 하는 재료다. 콜로라도대학 연구진은 폴리머의 분자를 강력한 빛으로 교차결합해 굳혀서 골절을 치료하는 데 필요한 생체용해성이 있는 물질을 개발하고 있다. 이들은 폴리머의 용해 속도를 골절의 회복 속도와 맞추는 데 연구를 집중하고 있다.
유럽의 이소티스(IsoTis)사는 자기조직을 배양해 뼈를 개발한 기술로 미국에서 특허를 받았다. 이것은 환자 뼈의 세포를 채취해 조직 안에서 배양한 다음 생체용해성이 있는 혼성중합체(混成重合體) 구조물에 심는 기술이다. 이 회사는 이 제품의 임상실험을 진행 중이며 오는 2003년 제품을 출시할 예정이다.
◇영국의 이식장치 등록 결정=영국 정부는 보건부의 특정 고관절시스템의 성능 기준 미달에 관한 보고에 따라 고관절 및 무릎관절 대체에 관한 등록을 받기로 결정했다. 이 보고서는 이식장치 제조업체가 이식장치의 성능과 이식 이후의 교정에 관한 데이터를 수집하고 충분히 평가할 것을 요구하고 있다. 또 이에 따라 이런 제품을 판매한 후에도 성능을 실험해야 한다.
오스트리아·캐나다·스웨덴·노르웨이에도 이런 등록제도가 있다. 영국의 조사기관에 따르면 현재의 고관절 치료 행태가 유지된다고 볼 때 오는 2030년까지 고관절 교체 환자 수가 40% 증가할 것으로 예상된다. 이것은 주로 고령인구의 증가 때문인데 수요가 늘어나면 보건지원자금이 부족하게 돼 일부 제품과 시술이 승인을 받아야 하는 결과를 초래할지도 모른다.
◇투약시스템의 폴리머 사용=정상적인 기능을 하는 세포가 화학물질을 방출하는 것과 같은 정밀한 방식으로 약을 방출하는 투약시스템에 대한 수요가 늘고 있다. 지능 폴리머가 이런 방식의 투약시스템에 적합하다. 퍼듀대학이 최근 폴리아크릴산과 폴리에틸렌 글리콜을 사용한 새로운 무독성물질을 개발했다. 이 합성물질은 그물 같은 구조를 갖고 있어서 주변의 산도에 따라 수축한다. pH가 낮으면 물질구조의 기공이 닫히고, pH가 올라가면 기공이 열린다.
◇신경치료기술 연구=손상된 신경을 치료하는 것은 상당히 어려운 일이다. 인액트파머(Enact Pharma)사는 관상(管狀)조직의 생체용해성 폴리머를 신경성장 인자 및 성장인자 수체(受體)와 결합하면 신경이 재성장하고 재연결된다는 것을 입증했다. 인액트는 이 부문의 연구에 노팅햄대학과 MIT가 개발한 바이오물질기술을 사용하고 있다. 또 텍사스대학 연구진은 전기적으로 전도(傳導)하는 폴리머와 표면이 굳은 설탕분자를 결합한 새로운 바이오물질을 실험하고 있으며, 연구원들은 신경절단면의 간격을 연결해주는 바이오물질 튜브를 개발하고 있다.
◇형상기억물질 개발=스텐트와 같은 이식의료장치 제조업체들은 제품 소재로 형상기억 특성이 있는 니켈티타늄을 사용한다. 티타늄 합금은 강하고 가볍다. 그러나 형상기억합금에는 몇 가지 결점이 있다. 최대 변형 범위가 약 8%고, 전이(轉移)온도가 제한적이며, 가격이 비교적 비싸다.
MIT와 독일 모직연구소가 공동으로 형상기억 특성이 있는 폴리머를 개발하고 있다. 이 폴리머는 비교적 낮은 전이온도에서 프로그래밍이 가능하고, 변형 범위가 몇백%나 된다. 이 폴리머는 스텐트·봉합·도관 등에 사용할 수 있을 것이다.