붙이면 뼈 빠르게 재생되는 ‘뼈 반창고’ 나왔다

KAIST-전남대, 하이드록시 아파타이트 압전 지지체 개발
붙이면 뼈 단백질 형성·성장 인자 발현 촉진

홍승범 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수 연구팀이 개발한 ‘하이드록시 아파타이트(HAp)’ 기반 생체모방 지지체./한국과학기술원

국내 연구진이 뼈 이식을 하지 않고 압력과 전기 신호를 전달하는 ‘뼈 반창고’를 붙이는 것만으로도 뼈를 빠르게 재생하는 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST)은 홍승범 신소재공학과 교수와 김장호 전남대 융합바이오시스템기계공학과 교수 연구팀이 ‘하이드록시 아파타이트(HAp)’의 골 형성 능력을 활용해 압력을 가했을 때 전기 신호가 발생하는 생체모방 지지체를 개발했다고 25일 밝혔다.

현재 뼈 재생 기술은 주로 골 이식이나 성장 인자를 활용하지만, 치료비가 비싸다는 문제점이 있다. 압전 지지체는 뼈 재생을 쉽고 단순하게 할 수 있도록 고안됐지만, 이전 연구들은 주로 압력과 전기 신호를 최적의 골 조직 재생에 필요한 복잡한 세포 환경을 모사하는 데에는 한계가 있었다.

연구팀은 하이드록시 아파타이트를 고분자 필름과 합치는 제조 공정을 개발했다. 하이드록시 아파타이트는 뼈나 치아에서 발견되는 염기성 인산칼슘으로, 생체 친화적인 특성이 있어 충치를 예방해 치약에도 들어가는 물질이다. 이 물질의 고유의 골 형성 능력을 활용해 골조직 환경을 모방하는 소재를 만든 것이다.

홍승범 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수 연구팀이 개발한 ‘하이드록시 아파타이트(HAp)’ 기반 생체모방 지지체./한국과학기술원

연구팀은 새로 개발한 지지체를 쥐에게 실험한 결과, 체내·외 실험에서 뼈 재생이 빨라지는 현상을 발견했다. 또 하이드록시 아파타이트 지지체의 골 재생 효과를 원자간력현미경(AFM)으로 분석해 전기적 특성을 조사했다. 전기적 신호와 표면적 특성 때문에 단백질 형성과 성장 인자 발현이 빨라지는 것으로 나타났다.

홍승범 교수는 “뼈의 재생 속도를 가속화하는 효과로 ‘뼈 반창고’ 같은 역할을 하는 하이드록시 아파타이트 융합 압전성 복합소재를 개발했다”며 “이번 연구는 생체 재료 설계에 새로운 방향성을 제시하는 데에 그치지 않고, 압전성과 표면적 특성이 뼈 재생에 미치는 영향을 탐구한 데 의의가 있다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단과 KAIST의 지원을 받았다. 연구 성과는 미국화학회가 발간하는 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이스(ACS Applied Materials and Interfaces)’에 이달 4일 게재됐다.

참고자료

ACS Applied Materials & Interfaces, DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.3c12575

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