성균관대 신미경·손동희 교수팀, 극심한 근육 손상 회복을 위한 차세대 로봇 재활 시스템 개발 프로토콜 제시

성균관대학교는 글로벌바이오메디컬공학과 신미경 교수와 전자전기공학과 손동희 교수 연구팀이 근조직 재생과 즉각적인 재활을 위한 주입형 전도성 하이드로겔과 신축성 전극의 제조방법 등을 통합한 폐쇄 루프 방식의 로봇 재활 시스템 개발 프로토콜을 제시했다고 22일 밝혔다.

기존 연구에서는 조직 재생용 하이드로겔의 기계적 불안정성과 낮은 전도성으로 인해 조직 간 전기적 신호의 전달이나 생체전자 기기와의 효과적인 인터페이싱이 어려웠다. 실제 기능 회복을 위한 신경·근육 조직의 능동적 재건에 한계가 있었다. 재활 분야에서는 생체 신호를 기반으로 한 폐쇄 루프 시스템의 필요성이 대두됐으나 조직에 안정적으로 부착되며 신호를 주고받을 수 있는 유연하고 자가치유 가능한 전극 소재의 부재로 말미암아 실시간 피드백 기반의 정밀한 로봇 재활 구현이 제한적이었다.

연구팀은 이런 복합적인 한계를 극복하고자 연성 소재인 전도성 하이드로겔, 외력에 의한 손상 시 전기적·구조적 기능을 회복할 수 있는 자가치유 신축성 전극, 감지한 생체 신호에 맞춰 자극이나 동작을 자동 조절하는 방식의 폐쇄 루프 로봇재활시스템 등 3가지 요소를 통합해 체계적인 실험 프로토콜로 정립했다. 이 프로토콜은 실제 근육 결손 동물 모델에 하이드로겔을 주입한 뒤 생체 신호를 감지하고 이에 따른 로봇 제어까지 이어지는 연속적인 실험 흐름을 포괄한다.

이런 통합형 재활 시스템은 근육 재생에 국한되지 않고 말초신경, 척수, 심장 등 다양한 전기활성 조직의 재생과 기능 회복 연구에도 적용할 수 있어 향후 생체전자 플랫폼과 조직 보철제 개발 분야에서 폭넓은 활용이 기대된다.

신 교수는 "이번 프로토콜은 조직 손상에 따른 생체신호 변화를 해석하고 주사로 투여 가능한 하이드로겔을 이용해 기능 회복을 유도하는 구체적 실험 방법을 제시했다는 데 의의가 있다"고 말했다. 손 교수는 "바이오소재와 생체전자, 로봇 시스템을 통합한 프로토콜을 통해 신경 등 다양한 전기활성 조직의 재생과 인터페이싱 연구가 더 폭넓게 이뤄지길 기대한다"고 했다.

이번 연구 성과는 세계적인 학술지 '네이처 프로토콜스(Nature Protocols)'에 지난 19일 발표했다. 신미경·손동희 교수가 교신저자, 진수빈·최희원 석박사통합과정생이 공동 제1저자로 각각 참여했다.