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생체모방적 경조직 재생 생체재료 개발 성과

김해원·이정환 교수, 유력 저널 Biomaterials에 논문 게재
뼈, 치아 등 무기조직재생 위한 임상적용 기반기술로 활용

치의신보는 대한치의학회와 국내 치의학의 위상을 제고하고 학술연구를 활성화하고자 각 분과 학회의 우수 논문을 공모했다. 접수된 우수 논문은 지면을 통해 소개될 예정이다. 선정은 연구자가 소속된 분과 학회의 추천으로 이뤄졌다. <편집자 주>
 

김해원·이정환 교수(단국치대 치과생체재료학교실)가 생체모방적인 경조직 재생을 위한 생체재료 개발 연구에서 뚜렷한 성과를 보고했다.

단국치대(학장 이해형) 및 대한치과재료학회(회장 최한철)는 김해원·이정환 교수가 경조직 재생용 생체재료개발에 관한 논문 ‘조직재생치료법을 위한 생체활성 무기물-키토산 코어-쉘 나노 복합체’를 상위 1% 저널인 Biomaterials(IF:10.3)에 2021년 7월 출간했다고 밝혔다.

신체에서 높은 강도를 요구하는 유무기 복합조직(뼈, 치아 등)의 재생을 위해서는 높은 강도 및 외력에 저항해 형태를 유지하는 복원력이 필요하기 때문에 유무기 복합체에서 높은 무기물 함량이 필요하다. 이 때 다중 약물전달 및 세포 활성화가 가능한 무기재료를 활용하게 된다면 더욱 경조직 재생에 유리하다.

해당 논문에서 연구진은 생체활성을 갖는 생체활성나노입자와 천연 키토산 고분자를 활용해 초미세 코어-쉘 구조(쉘의 두께; 5nm-38nm)를 도입, 경조직 재생용 복합체 제작 시 신체의 경조직 구성성분처럼 생체활성나노입자 등의 무기질 함량을 질량대비 90%까지 증대시킬 수 있었으며, 반복되는 부하에 대해 높은 복원력과 탄성력을 가질 수 있음을 확인했다.

특히 생물학적인 측면으로 생체활성유리 나노입자에서 방출되는 이온으로 인해 줄기세포, 혈관세포 등에 높은 세포 활성력을 지니며, 나노입자의 메조포어 구조와 키토산과의 코어쉘 구조를 통해 3개의 약물을 동시에 함유하고, 원하는 약물을 순차적으로 천천히 방출하는 약물 방출 조절능이 가능함을 증명했다.

실제로 이 복합체 재료를 쥐의 두개골 손상 동물모델에 적용했을 때 삽입된 재료의 방출 이온 및 3중 약물로 인한 항염증반응, 신혈관 형성 및 골 분화 촉진에 영향을 줘 효율적인 새로운 뼈 형성을 가속화시키는 것을 확인했다.

연구진은 “초미세 나노 하이브리드 구조체를 통해, 실제 뼈와 치아에서의 무기물 함량과 동일한 수준의 높은 무기질 함량을 가지면서 딱딱하지 않고, 유연성 있는 재료를 개발해 생체모방적인 경조직 재생을 위한 생체재료(식립형 의료기기, 인공뼈 등) 개발 연구로서의 의의가 있다”며 “이와 같은 기술들은 향후 뼈, 치아와 같은 무기조직재생을 위한 줄기세포의 조절 및 인공 뼈 개발 등의 임상적용에 가능한 기반기술로 활용될 것”이라고 밝혔다.