피부는 신체를 구성하는 중요한 기관 중 하나로 다양한 역할을 수행한다. 특히 수분손실을 막아줄 뿐 아니라, 미생물과 유해 물질 등의 외부환경으로부터 체내 조직 및 장기를 보호하는 역할을 한다[1,2].

하이드로겔은 친수성 고분자가 수소결합, 이온결합 등의 물리적인 결합 또는 화학적인 공유결합을 통하여 형성된 3차원 가교 구조로, 안에 많은 수분을 함유할 수 있는 물질이다[3,4]. 최근에 하이드로겔은 섬유[5], 농업[6], 식품공학[7,8] 등 다양한 응용분야로 그 적용범위가 넓어지고 있다. 하이드로겔은 잘 늘어나고(flexibility) 다양한 성분을 첨가할 수 있어, 항균제, 항바이러스제, 항진균제, 성장인자 등을 넣을 경우 창상 수축과 치유에 도움이 될 수 있다[1,9]. 또한 창상의 크기, 위치, 심각도에 따라 다양한 적용이 가능하다. 이러한 특성으로 현재 상업적으로 이용되는 하이드로겔은 방사선 관련 창상, 화상, 욕창, 수술 창상, 열상 등 다양한 창상 치료에 사용되고 있다[1]. 드레싱 폼이나 기타 드레싱 재료들과 비교할 때, 하이드로겔은 자연적인 세포외기질과 유사한 3차원 다공성 네트워크 구조를 가지고 있어 세포가 증식하고 이동할 수 있는 환경을 제공한다[1]. 최근에는 하이드로겔과 미세침을 결합한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히 약물 전달 및 창상 치유 분야에서 주목받고 있다[10].

이처럼 하이드로겔은 다양한 분야에서 활용이 가능한데, 최근 기능성 하이드로겔 제품에 대한 사회적인 요구가 확대되면서 그 시장성도 함께 커지고 있다. 기존에는 주로 진정 및 보습 효과만 제공하던 하이드로겔 제품이 있었는데, 최근 자외선 차단 기능을 추가한 선패치(sun patch)가 마스크 및 아이 패치 형태로 상용화되고 있다. 또한 아웃도어 스포츠 인구의 증가에 따른 창상 환자 수의 증가로, 빠른 창상 치유와 상흔의 최소화를 위한 기능성 제품 개발에 대한 수요도 높아지고 있다. 그러나 아직까지 창상 치유를 직접 촉진하는 제품이 상용화된 사례는 없는 현실이다.

본 연구에서는 천연추출물이 함유된 기능성 하이드로겔 선패치를 개발하였고, 동물모델을 통해 창상에 미치는 효과에 대해 육안 및 조직병리학적 평가를 실시하였다.

하이드로겔 선패치는 피부가 자외선에 많이 노출되는 외부 활동 시 얼굴 피부를 보호하기 위해 사용되는 제품으로, 하이드로겔의 피부쿨링 효과와 자외선 차단 효과를 지니고 있다.

본 연구에서는 일반적인 하이드로겔 선패치에 창상 치유에 도움이 되는 천연추출물을 추가한 기능성 하이드로겔 선패치를 개발하였고, 동물모델을 통해 창상에 미치는 효과에 대해 육안 및 조직병리학적 평가를 실시하고자 하였다. 조직병리학적 평가에 앞서 하이드로겔 선패치의 제품화 가능성을 검토하기 위해 접착능력, 피부쿨링 효과 및 자외선 차단 성능에 대한 평가를 진행하였다. 하이드로겔 점착제의 경우 하이드로겔 간의 점착 특성에 대한 정량적 수치화와 단순 비교가 어렵기 때문에 일반적으로 실험군과 대조군을 함께 평가하여 비교하였다. 시중 제품 2종은 초기점착력 및 박리강도에 대한 정량적 데이터가 존재하지 않았지만, 시중에 판매되는 제품인 만큼 안정적인 피부 점착력을 가진다고 할 수 있다. 접착능력에 대한 평가결과 시제품이 시중에 판매되고 있는 선패치 제품과 비교하여 점착 특성이 동등 이상임을 확인하였다.

또한 피부 표면에 선패치를 부착한 전후의 온도를 측정하여 하이드로겔 선패치가 피부쿨링 효과가 있음을 확인하였다. 제조된 하이드로겔 시트는 비열이 비교적 높은 수분과 글리세롤을 다량 함유하고 있어 온도변화가 크게 일어나지 않는 것으로 판단된다. 이런 특성에 의해 외부에서 장시간 활동할 때 부착하는 선패치로 적합하다고 판단하였다.

선패치 제품에 적용한 섬유원단의 자외선 차단 기능을 평가한 결과 파장별로 구분된 모든 자외선 영역에 대해 우수한 차단율(자외선 A: 96.7%, 자외선 B: 99.6%, 자외선 R: 97.6%)을 나타내었다. 이에 따라 외부 활동 중 노출되는 다양한 종류의 자외선에 대해 차단 기능이 부여된 선패치 제품으로 활용될 수 있음을 확인하였다.

이런 결과들을 토대로 연구에서 제조한 시제품이 시중에 판매되는 하이드로겔 선패치 제품과 유사한 특성을 가지고 있음을 확인하였고, 창상 치유 능력을 검증하기 위해 창상에 대한 육안 및 조직병리학적 평가를 진행하였다. 창상피복 효능을 확인하기 위한 실험은 마우스 모델을 활용하여 행해졌다. 마우스의 피부는 사람 피부와 마찬가지로 표피, 진피, 그리고 그 밑의 피하조직으로 구성되어 있지만, 각 층의 해부학 및 생리학적인 특성에 차이가 있다[12]. 상피의 구조, 털의 성장주기, 땀샘의 유무 등 다양한 점이 다르지만, 특히 창상 치유 방법에 있어서 인간과 큰 차이가 있다[12]. 마우스에는 피하조직층에 panniculus carnosus라는 얇은 근육층이 존재하여 창상이 발생하면 이 층이 수축함으로써 창상도 같이 수축시켜 치유가 진행되지만 인간은 표피의 재상피화(re-epithelialization)와 육아조직 형성을 통해 창상이 치유된다는 점이 크게 다르다[12]. 그렇기에 본 실험을 수행할 때 창상 형성 후 피부 수축을 방지하기 위해 스플린트(splint)를 사용하여 인간 피부에서처럼 재상피화 및 새로운 조직 생성을 유도하였다[13]. 수축으로 인한 창상 면적의 축소가 아니라 인간 피부에서와 유사한 치유 기전에 따른 창상 치유 정도를 정량적으로 측정하기 위해서는 이렇게 창상을 생성한 후 주위에 링 모양의 스플린트를 피부에 봉합하여 고정시키는 것이 중요하다[10]. 기존 문헌에서는 실리콘제 스플린트를 사용하였으나[11-13], 본 실험에서는 하이드로겔 선패치와 창상 간의 밀착성을 위해 폴리프로필렌 플라스틱으로 대체하였다. 마우스의 피부 특성상 스플린트가 풀리거나 마우스가 이를 손상시킬 경우 창상이 빠르게 수축하는 경향이 있으므로, 매일 이에 대한 모니터링이 필요하다[13].

창상의 치유는 복잡한 생물학적 과정을 통해 진행되며, 지혈 및 응고기, 염증기, 증식기, 그리고 성숙기의 단계로 구성된다. 이 과정에서 많은 외인성 및 내인성 인자들이 다양한 역할을 하게 된다. 창상 치유가 제대로 이루어지지 않을 경우 다양한 합병증이 발생할 수 있어 이를 예방하기 위해 더 효과적인 창상피복재를 개발하는 연구가 그동안 많이 행해졌다. 본 실험에서 창상에 대한 효능평가에 사용된 시제품에는 천연추출물을 첨가하였는데, 여기서 사용된 물질은 삼백초, 때죽나무, 병풀 추출물이었다. 삼백초의 열수추출물은 피부주름 억제 및 개선 효과뿐만 아니라 피부조직을 손상으로부터 보호하는 효과가 관찰되었다[14]. 또한 삼백초의 주성분 중 quercetin과 quercitrin은 플라보노이드(flavonoid)의 일종으로 지방 산화를 억제하고, 활성산소를 제거하며 산화적 스트레스를 감소시켜 노화를 예방하는 효과를 나타낸다. 그 외에 삼백초 추출물의 항균 및 항산화 효과도 여러 연구를 통해 보고된 바 있다[15,16]. 때죽나무는 전통적으로 관절염, 사지통증, 인후염 등의 치료에 사용되어 왔다[17,18]. 때죽나무 열매 추출물은 여러 인체 병원성균에 항균 활성을 나타내며, 항산화 활성과 관련된 플라보노이드 및 폴리페놀(polyphenol) 함량이 높아 강력한 항산화 물질로 평가된다[17,18]. 병풀은 오래 전부터 피부 창상 등의 치료에 이용되어 왔으며 아토피성 피부염에 적용할 경우 가려움증 완화 및 손상된 피부 회복에도 효과가 있다고 밝혀졌다[19,20]. 각질형성세포의 증식을 유도하는 피부성장인자를 병풀과 병용하여 투여하면 창상 치유 효과가 증가함이 보고되었으며, 콜라겐 생성을 촉진시켜 창상 치료 목적의 연고제로 사용되고 있다[21,22].

하이드로겔 선패치 적용 후 창상에 대한 육안검사를 실시한 결과, 타사 선패치군을 제외한 모든 군에서 창상 면적이 줄어들어 거의 치유되는 양상을 확인하였다. 본 연구에서 개발한 하이드로겔 선패치는 비교군으로 사용된 타사 선패치 제품과 다른 조성의 원료를 사용하여 제조되었다. 여기서 사용된 타사 선패치는 선패치로서의 기능은 갖추었으나 창상피복 용도로 사용되는 제품은 아니었다. 정제수, 글리세린, 다이프로필렌글라이콜, 폴리아크릴릭애씨드, 아가, 나이아신아마이드, 소듐폴리아크릴레이트 등이 첨가되어 본 연구에서 시제품으로 사용한 하이드로겔 선패치와는 조성에서 큰 차이가 있다. 그럼에도 본 연구에서 이런 제품을 비교 목적으로 사용한 것은 시제품 하이드로겔 선패치가 하이드로겔 조성 함량의 변화 및 천연추출물 첨가 유무에 따라 선패치로서의 효능뿐 아니라 창상 치유 기능도 있는지를 확인하기 위해서 였다.

육안 및 조직학적 평가를 통하여 천연추출물을 함유한 시제품 선패치가 타사 창상피복제와 비슷한 치유 효과를 보여 창상피복재로서의 효능도 확인할 수 있었다. 본 연구에서 제조된 하이드로겔 선패치는 피부 점착력 및 자외선 차단 효과가 우수하여 피부를 외부환경으로부터 보호할 수 있는 선패치로서의 기능을 보여주었다. 또한 창상부에 밀착하여 상피 및 진피조직 재생에 기여함으로써 여러 기능을 함유한 선패치로서의 활용이 기대된다.