뼈에도 '반창고' 붙인다고?...KAIST, 뼈재생 신소재 개발

김나윤 기자 / 기사승인 : 2024-01-25 10:08:36
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▲향상된 뼈 재생 메커니즘의 도식적 표현 및 하이드록시아파타이트 융합 P(VDF-TrFE) 스캐폴드의 제조방법 (자료=카이스트)


뼈조직 성장을 촉진하는 압전 물질을 국내 연구진이 개발했다.

한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 홍승범 교수연구팀과 전남대학교 융합바이오시스템 기계공학과 김장호 교수연구팀은 하이드록시아파타이트(HAp)의 고유한 골 형성능력을 활용해 압력을 가했을 때 전기적 신호가 발생하는 생체모방 지지체를 개발했다고 25일 밝혔다.

HAp는 뼈나 치아에서 발견되는 염기성 인산칼슘으로 생체친화적이며, 충치를 예방하는 특성이 있어 치약에도 쓰이는 미네랄 물질이다.

이전의 압전 지지체 관련 연구들은 압전성이 뼈 재생을 촉진하고 골 융합을 향상하는 효과를 다양한 고분자 기반 소재에서 확인했지만, 최적의 골조직 재생에 필요한 복잡한 세포 환경을 모사하는 데 한계가 있었다. 그러나 이번 연구는 HAp 고유의 골 형성 능력을 활용해 생체의 골조직 환경을 모방하는 소재를 개발했다.

연구팀은 HAp를 고분자 필름과 융합하는 제조공정을 개발했다. 이 공정으로 제작된 유연하고 독립적인 지지체는 실험 쥐를 대상으로 한 체외 및 체내 실험에서 뼈 재생을 가속하는 것으로 입증됐다.

또 연구팀은 동 지지체의 골 재생효과의 원인을 다각도로 밝혀냈다. 원자간력 현미경(AFM) 분석을 통해 지지체의 전기적 특성을 조사했으며, 세포 모양과 세포 골격 단백질 형성에 대한 상세한 표면 특성 평가를 진행했다. 압전 및 표면적 요소가 성장 인자 발현에 어떤 영향을 미치는지도 조사했다고 덧붙였다.

KAIST 신소재공학과 홍승범 교수는 "뼈의 재생 속도를 가속화시키는 효과를 통해 '뼈 반창고' 같은 역할을 하는 하이드록시아파타이트 융합 압전성 복합소재를 개발했다"며 "이번 연구는 생체 재료 설계에 새로운 방향성을 제시하는 데에 그치지 않고, 압전성과 표면적 특성이 뼈 재생에 미치는 영향을 탐구한 데에 의의가 있다"고 강조했다.

이번 연구결과는 국제학술지 'ACS Applied Materials & Interfaces'에 게재됐다.

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