결손 부위 정밀 충전…신생골 형성 확인
[메가경제=김민준 기자] 가톨릭대학교 의과대학 연구팀이 생체활성 유리와 골형성단백질(BMP-2), 광경화성 하이드로겔을 결합한 복합체를 개발해 척추 골결손 치료의 한계를 극복할 새로운 생체치료 전략을 제시했다.
가톨릭대학교 의과대학은 전홍재 의생명과학교실 교수(교신저자)와 홍재택 가톨릭의대 은평성모병원 신경외과 교수(제1저자) 공동 연구팀이 척추 골결손 치료의 난제를 해결할 새로운 생체재료 기반 치료 전략을 제시했다고 20일 밝혔다.
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| ▲전흥재 의생명과학교실 교수·홍재택 신경외과 교수. [사진=가톨릭중앙의료원] |
이번 연구는 척추 골결손 치료의 난제를 해결할 수 있는 새로운 생체치료 전략을 제시한 성과로 평가된다. 특히 기계적 안정성과 생물학적 재생능력을 동시에 구현한 차세대 척추 골재생 플랫폼의 가능성을 제시하며, 세계적 수준의 생체재료 연구 경쟁력을 다시 한번 입증했다.
생체활성 유리(Bioactive Glass, BG)는 뼈 재생에 필요한 이온을 방출하고 뼈와 강한 결합을 형성하는 특성으로 골조직 공학 분야에서 유망한 소재로 주목받고 있다. 이러한 특성은 골유착을 촉진하고 구조적 안정성을 높여 척추 골재생에 효과적인 것으로 알려져 있다.
그러나 생체활성 유리는 일반적으로 분말 형태로 사용돼 기계적 강도가 낮고 수술 중 취급이 어려워 척추 골결손 치료에 적용하는 데 한계가 있었으며, 이를 극복하는 것이 중요한 임상적 과제로 남아있었다.
이를 해결하기 위해 전 교수 연구팀은 최소침습적으로 적용할 수 있으면서도 다양한 형태의 골결손 부위에 효과적으로 적응할 수 있는 하이드로겔에 주목했다.
그중 빛을 조사하면 빠르게 경화되는 광경화성 메타크릴화 카복시메틸 키토산(light-curable methacrylated carboxymethyl chitosan, CMCSMA) 기반 하이드로겔을 적용해 최소침습적 전달과 결손 부위의 정밀한 충전을 가능하게 했다.
또한, 우수한 골전도성을 갖는 생체활성 유리에 골유도성을 더하기 위해 골형성단백질-2(bone morphogenetic protein-2, BMP-2)를 고정화했다. BMP-2는 대표적인 골유도성 성장인자로, 세포의 부착·증식·이동·분화 등 골재생에 필요한 다양한 세포 기능을 조절하며 생체활성 유리와 시너지 효과를 통해 효과적인 골재생을 유도한다.
이를 통해 전 교수 연구팀은 골전도성과 골유도성을 동시에 갖춘 복합체(BG/BMP-2)를 개발했다. BMP-2가 고정화된 생체활성 유리를 광경화성 CMCSMA 하이드로겔 매트릭스와 결합한 이 복합체는, 빛을 조사하면 빠르게 경화되고 결손 부위에 빈틈없이 적응할 수 있는 것이 특징이다.
연구 결과, 개발된 복합체(BG/BMP-2/하이드로겔)는 BMP-2를 지속적으로 방출하면서, 골형성 능력을 향상시켰으며, 실질적인 신생골 형성을 확인했다. 이를 통해 척추 골재생에 있어서 기계적 안정성과 생물학적 재생능력을 동시에 확보할 수 있는 가능성을 입증했다.
연구팀은 "이번 연구는 척추 뼈 재생 효율을 높일 수 있는 차세대 골재생 기술의 가능성을 확인했다"며 "임상으로 이어질 경우 최소침습 척추 수술의 치료 성과를 높이고 환자의 예후 개선에도 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.
한편, 이번 연구는 산업통상자원부 바이오산업기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 Science의 파트너 저널이자 세계적 학술지 ‘Biomaterials Research’에 게재돼 국제적 연구 경쟁력을 인정받았다.
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