'달걀 썩는 냄새' 풍기는 황화수소 전기로 제어해 질환 치료

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 박지민 교수 연구팀이 황화수소의 생성과 전달을 원하는 시간과 위치에서 정밀하게 조절할 수 있는 전기화학 기반 '황화수소 전달 바이오전자 플랫폼'을 개발했다고 23일 밝혔다.

흔히 '달걀 썩는 냄새'로 불리는 황화수소(H2S)는 그간 악취와 독성을 지닌 위험 물질로 인식돼 왔다. 그러나 최근에는 세포의 건강 상태를 유지하고 단백질 기능을 조절하는 '생체 신호 전달자'로서의 역할이 주목받고 있다.

특히 황화수소는 단백질의 구조를 미세하게 변화시켜 기능을 조절하는 '화학적 스위치'로 작용할 수 있다. 다만 치료에 활용하기 위해서는 농도 조절이 까다롭고 특정 부위에만 정밀하게 전달하기 어렵다는 한계가 있었다. 연구팀은 전기 스위치처럼 황화수소를 정밀하게 제어할 수 있는 기술을 구현했다.

연구팀은 자연계 박테리아의 순환 시스템과 같이 생체에 무해한 원료인 티오황산염(S2O32-)에 전기를 가해 황화수소를 생성하는 방식을 설계했다. 이는 기존의 화학적 투여 방식보다 안전성과 제어 정밀성이 높다는 것이 특징이다.

또한 다양한 금속 전극을 비교 분석한 결과 은(Ag) 전극이 가장 효율적인 소재임을 확인했다. 이는 은(Ag) 전극이 다른 금속에 비해 황화수소 생성 반응을 선택적으로 촉진하고 전자 전달 효율이 높아 생성량을 정밀하게 제어할 수 있기 때문이다.

이 플랫폼을 활용하면 전압의 세기와 자극 시간만으로 황화수소의 방출량과 속도를 정밀 제어할 수 있어 환자의 상태나 치료 부위에 맞춰 최적의 시점에 전달이 가능하다.

실제로 연구팀이 인간 유래 세포(HEK293T)에 적용한 결과, 전기 신호를 통해 세포 내부에서 통증과 자극을 감지하는 '스위치' 역할을 하는 이온 채널(TRPA1)을 정밀하게 조절하는 데 성공했다. 특히 활성산소 증가 등으로 손상된 상태(산화 스트레스)에 놓인 세포에 적용했을 때 황화수소가 세포의 균형을 회복시키며 치유 효과를 나타냈다. 세포 독성은 거의 관찰되지 않아 인체 적용 가능성에 대한 안전성도 확인했다.

박 교수는 "이번 연구는 독성 물질로만 여겨졌던 황화수소를 전기 신호로 정밀하게 제어해 생체 시스템을 조절할 수 있는 새로운 도구로 전환했다는 데 의의가 있다"며 "신경계 및 심혈관계 질환 치료를 위한 정밀 의료기기뿐 아니라, 실시간 건강 관리를 위한 디지털 헬스케어 분야로의 확장 가능성도 크다"고 말했다.

KAIST 임리안 석사, 이창호 박사과정, 이재웅 박사가 공동 제1 저자로 참여하고 김지한 교수가 공저자로, 박 교수가 교신저자로 참여한 이번 논문은 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 게재됐다.

jongseo12@news1.kr