국내 연구진이 금 간 뼈에 ‘뼈 반창고’ 같은 역할을 하는 신소재를 개발했다. 유연한 강유전 복합소재로 뼈 재생이 더 빨라질 것으로 전망된다.

카이스트(한국과학기술원·KAIST) 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀은 전남대 융합바이오시스템기계공학과 김장호 교수팀과 함께 하이드록시아파타이트(HAp)의 고유한 골 형성 능력을 활용, 압력을 가했을 때 전기적 신호가 발생하는 압전(壓電) 생체 모방 지지체를 개발했다고 25일 밝혔다.

향상된 뼈 재생 메커니즘의 도식적 표현 및 하이드록시아파타이트 융합 P(VDF-TrFE) 지지체의 제조 방법. 카이스트 제공

하이드록시아파타이트는 뼈나 치아에서 발견되는 염기성 인산칼슘으로, 생체 친화적 특징이 있다. 충치를 예방해 치약에도 쓰이는 미네랄 물질이다. 

뼈 재생은 복잡하며 기존의 골 이식 및 성장 인자 전달 등과 같은 재생을 할 경우 높은 단가 발생 등의 한계가 있었는데 뼈조직의 성장을 촉진하기 위한 압전 물질이다.

앞선 압전 지지체 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.

연구팀은 하이드록시아파타이트 고유의 골 형성 능력을 활용해 생체의 골조직 환경을 모방하는 소재를 개발해 새로운 방법을 제시했다.

연구팀은 하이드록시아파타이트를 고분자 필름과 융합하는 제조 공정을 개발했다.

이 공정으로 제작한 유연하고 독립적인 지지체는 실험 쥐를 대상으로 한 체외 및 체내 실험에서 뼈 재생을 가속하는 잠재력을 입증했다.

연구팀은 이 지지체의 골 재생 효과 원인도 밝혀냈다.

홍승범 교수는 “뼈 재생 속도를 올리는 효과를 통해 ‘뼈 반창고’ 같은 역할을 하는 하이드록시아파타이트 융합 압전성 복합소재를 개발했다”며 “이번 연구는 생체 재료 설계에 새로운 방향성을 제시하는 데 그치지 않고, 압전성과 표면적 특성이 뼈 재생에 미치는 영향을 탐구한 데에 의미가 있다”고 설명했다.

이번 연구 결과는 미국화학회가 발간하는 국제학술지 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’에 지난 4일 실렸다.

대전=강은선 기자 [e-mail]