항생‧성장 물질 ‘순차적’ 방출하는 뼈 재생 플랫폼 개발

(사진제공=세브란스병원)

항생·성장물질을 필요한 시기에 순차적으로 방출해 뼈 재생 효과를 높이는 기술이 개발됐다.

차재국 연세대학교 치과대학 치주과학교실 교수와 홍진기 연세대학교 화공생명공학과 교수 공동 연구팀은 항생물질과 성장물질을 동시에 넣은 인공 뼈를 뼈의 결손 부위에 삽입한 뒤 각 물질이 순차적으로 방출하도록 유도해 뼈의 재생을 도울 수 있다고 15일 밝혔다.

치주질환과 같은 만성 염증이나 골다공증 등 뼈 질환을 앓는 환자는 골절을 겪으면 뼈의 재생 속도가 더뎌 회복이 어렵다. 이런 경우 인공 뼈를 이식하기도 한다. 최근엔 인공 뼈 안에 항생물질과 성장물질을 넣어 자연적인 뼈 재생을 촉진한다.

이때 두 물질의 방출 순서가 뼈 재생 환경의 안정성과 속도에 영향을 미친다. 이식 초기에는 항생물질이 방출돼 수술 부위의 감염을 방지하고, 이후에는 성장물질이 나와 뼈 재생을 본격적으로 촉진해야 한다. 하지만 두 물질의 방출 순서를 미세하고 정확하게 조절할 방법은 연구된 바 없었다.

차 교수 연구팀은 인공 단백질 젤라틴을 인공 뼈에 심는 방식을 고안했다. 인공 뼈의 바깥 부분에는 항생물질을, 내부에는 성장물질을 함유한 젤라틴을 각각 붙였다. 이식 초기에는 바깥 부분에 있는 항생물질이 자연스레 먼저 뼈 조직에 모두 녹아들고, 그 뒤로 내부에 있던 성장물질이 나오게 되는 원리다.

이런 방식을 이빨 등 광범위한 골 결손이 있는 성견에게 적용했을 때, 이식한 인공 뼈가 체내 생착하고 새로운 뼈를 재생해내는 정도가 기존 대비 2배 이상 향상됐다.

차 교수는 “뼈 재생을 안전하게 촉진하기 위해 꼭 필요한 항생물질과 성장물질이 순차적으로 방출되는 기술의 효과를 확인했다”라며 “이번 연구 결과는 뼈 결손부가 큰 암 환자나 뼈 재생 능력이 적은 골다공증, 당뇨 환자에게 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

연구 결과는 나노과학기술 분야 국제 학술지 ‘나노 투데이(Nano Today, IF17.4)’ 최신호에 게재됐다.