금이 간 뼈에 ‘뼈 반창고’ 신소재 개발​

https://etoland.co.kr/link.php?n=8965172 복사

< (왼쪽부터) 신소재공학과 주소연 박사과정, 홍승범 교수 >

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 물질이 개발되었다 .  

우리 대학 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 전남대학교 융합바이오시스템기계공학과 김장호 교수 연구팀과 협업을 통해 하이드록시아파타이트 (HAp) 의 고유한 골 형성 능력을 활용하여 압력을 가했을 때 전기적 신호가 발생하는 생체 모방 지지체를 개발했다고  25 일 밝혔다 .  

하이드록시아파타이트 (HAp) 란 뼈나 치아에서 발견되는 염기성 인산칼슘으로 생체 친화적인 특징이 있으며 ,  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 하이드록시아파타이트 (HAp)  고유의 골 형성 능력을 활용해 생체의 골조직 환경을 모방하는 소재를 개발한 것으로 ,  연구팀은 새로운 방법을 제시했다 .

< 그림 1. 향상된 뼈 재생 메커니즘의 도식적 표현 및 하이드록시아파타이트 융합 P(VDF-TrFE) 지지체의 제조 방법 >

연구팀은 하이드록시아파타이트 (HAp) 를 고분자 필름과 융합하는 제조 공정을 개발했다 .  이 공정으로 제작된 유연하고 독립적인 지지체는 실험 쥐를 대상으로 한 체외 및 체내 실험에서 뼈 재생을 가속하는 놀라운 잠재력을 입증했다 .  

또한 ,  연구팀은 동 지지체의 골 재생 효과의 원인을 다각도로 밝혀냈다 .  원자간력 현미경 (AFM)  분석을 통해 지지체의 전기적 특성을 조사했으며 ,  세포 모양과 세포 골격 단백질 형성에 대한 상세한 표면 특성 평가를 진행했다 .  또한 ,  압전 및 표면적 요소가 성장 인자 발현에 어떤 영향을 미치는지 조사했다 .  

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

홍승범 교수 연구팀 소속 주소연 박사과정 학생 ,  김소연 석사가 공동 제 1  저자로 참여한 이번 연구는  2024 년  1 월  4 일 국제학술지  ` ACS Applied Materials & Interfaces ' 에 게재됐다 .  또한 ,  김장호 교수팀의 권용현 박사과정 학생이 공동 제 1  저자로 ,  김장호 교수가 공동교신저자로 기여했다 . ( 논문 제목 :  Piezoelectrically and Topographically Engineered Scaffolds for Accelerating Bone Regeneration ).

< 그림 2. 원자간력현미경을 이용한 하이드록시아파타이트 융합 지지체의 압전 및 표면 특성 분석 >

해당 연구는  KAIST  연구진흥팀 , KUSTAR-KAIST  공동연구센터 , KAIST 의 글로벌 특이점 사업과 정부의 재원으로 한국연구재단 기초연구사업 ( NRF2022M3A9E4017151, NRF-2022K1A4A7A04095892, RS2023-00247245, NRF-2021R1A4A3025206 ) 의 지원을 받아 수행됐다 .

https://news.kaist.ac.kr/news/html/news/?mode=V&mng_no=34570