연세대학교 치과대학 치주과학교실 차재국 교수와 연세대학교 화공생명공학과 홍진기 교수 공동연구팀이 항생 성장물질을 필요한 시기에 순차적으로 방출함으로써 뼈 재생 효과를 높이는 기술을 개발했다.

연구팀은 지난 15일 항생물질과 성장물질을 동시에 넣은 인공뼈를 뼈의 결손 부위에 삽입한 뒤, 각 물질이 순차적으로 방출하도록 유도해 뼈의 재생을 도울 수 있다고 밝혔다.

이번 연구논문 ‘Dual-phase blocks for regeneration of critical-sized bone defects’는 나노과학기술분야 국제학술지 『나노투데이』(IF 17.4) 2024년 2월호에 게재됐다.

연구에 따르면 치주질환과 같은 만성 염증이나 골다공증 등 뼈 질환을 앓는 환자는 골절을 겪으면 뼈의 재생 속도가 더뎌 회복이 어렵다. 이런 경우 인공뼈를 이식하기도 하는데, 최근에는 인공뼈 안에 항생물질과 성장물질을 넣어 자연적인 뼈 재생을 촉진한다.

이때 두 물질의 방출 순서는 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.

이에 차재국 교수 연구팀은 인공단백질 젤라틴을 인공뼈에 심는 방식을 고안했다. 인공뼈의 바깥 부분에는 항생물질을, 내부에는 성장물질을 함유한 젤라틴을 각각 붙였다. 이는 이식 초기에 바깥 부분에 있는 항생물질이 자연스레 뼈 조직에 모두 녹아들고, 그 뒤로 내부에 있던 성장물질이 나오는 원리다.

이러한 방식을 광범위한 골 결손(이빨 등)이 있는 성견에게 적용했을 때, 이식한 인공뼈가 체내에 생착하고 새로운 뼈를 재생해 내는 정도가 기존에 비해 2배 이상 향상된 것을 확인했다.

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