KAIST “반창고처럼 붙여 '뼈 재생' 돕는 신소재 개발”

KAIST·전남대, 골조직 재생 新방법 제시
뼈 재생 속도 높인 생체 모방 지지체 개발

국내 연구팀이 뼈 조직의 성장 촉진을 돕는 압전 물질을 개발했다. 개발한 물질은 금이 간 뼈 부위 등에 반창고처럼 붙여 뼈 재생을 가속화하는 기능을 가졌다.

KAIST는 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 전남대 융합바이오시스템기계공학과 김장호 교수 연구팀과 협업해 이 같은 기능의 생체 모방 지지체를 개발했다고 25일 밝혔다.

KAIST 등 국내 연구팀이 반창고 형태의 생체 모방 지지체를 개발하는 데 성공했다. 지지체는 뼈 조직의 성장 촉진을 돕는 압전 물질로, 금이 간 뼈 등의 재생 속도를 빠르게 하는 기능을 가졌다. KAIST 제공

생체 모방 지지체는 하이드록시아파타이트(HAp)의 고유한 골 형성 능력을 활용해 압력을 가했을 때 전기적 신호가 발생하는 구조다.

하이드록시아파타이트는 뼈와 치아에서 발견되는 염기성 인산칼슘으로, 생체 친화적인 특징과 충치를 예방하는 특성을 가져 치약에도 쓰이는 미네랄 물질이다.

이전의 압전 지지체 관련 연구는 압전성의 뼈 재생 촉진과 골 융합 향상 효과를 고분자 기반 소재에서 찾는 데 집중했고, 이로 인해 최적의 골조직 재생에 필요한 복잡한 세포 환경을 모사하는 데는 한계를 보였다.

이와 달리 이번 연구 결과는 하이드록시아파타이트 고유의 골 형성 능력을 활용해 생체의 골조직 환경을 모방하는 소재를 개발함으로써 골조직 재생에 새로운 방법을 제시했다는 점에서 의미를 갖는다.

연구팀은 하이드록시아파타이트를 고분자 필름과 융합하는 제조 공정을 개발했고, 이 공정으로 제작된 지지체는 실험 쥐 대상의 체내·외 실험에서 뼈 재생 속도가 빨라지는 잠재력을 입증했다.

뼈 재생 메커니즘 및 하이드록시아파타이트 융합 P(VDF-TrFE) 지지체의 제조 방법 도식화 자료. KAIST 제공

무엇보다 연구팀은 지지체 개발과 함께 지지체가 골 재생에 효과를 낼 수 있는 배경도 다각도로 밝혀냈다.

원자간력 현미경(AFM) 분석으로 지지체의 전기적 특성을 조사, 세포 모양과 세포 골격 단백질 형성의 상세한 표면 특성 평가를 진행하고, 압전 및 표면적 요소가 성장 인자 발현에 어떤 영향을 미치는지를 조사한 결과다.

홍승범 KAIST 신소재공학과 교수는 "연구팀이 개발한 하이드록시아파타이트 융합 압전성 복합소재는 뼈의 재생 속도를 가속화하는 효과를 가진 일종의 ‘뼈 반창고’ 역할을 한다“며 ”이번 연구는 생체 재료설계에 새로운 방향성을 제시하는 것은 물론, 압전성과 표면적 특성이 뼈 재생에 미치는 영향을 탐구했다는 점에서도 의의를 갖는다“고 말했다.

한편 이번 연구는 홍승범 교수 연구팀 소속의 주소연 박사과정, 김소연 석사가 공동 제1 저자로 참여했다. 김장호 교수팀에선 권용현 박사과정이 공동 제1저자, 김장호 교수가 공동교신저자로 기여했다.

정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr