• 홍승범 교수 연구팀, 전남대와 협업
  강유전 복합소재로 뼈재생 가속화

KAIST 신소재공학과의 홍승범(오른쪽) 교수와 주소연 박사과정생이 뼈 재생을 가속화시키는 생체모방지지체를 들어보이고 있다. [KAIST 제공]

국내 연구진이 금이 간 뼈의 재생을 돕는 신소재 개발에 성공했다.

KAIST(카이스트)는 홍승범 신소재공학과 교수 연구팀이 김장호 전남대 융합바이오시스템기계공학과 교수 연구팀과 협업을 통해 하이드록시아파타이트(HAp)의 고유한 골 형성 능력을 활용해 압력을 가했을 때 전기적 신호가 발생하고 생체를 모방한 지지체를 개발했다고 25일 밝혔다.

HAp란 뼈나 치아에서 발견되는 염기성 인산칼슘으로 생체 친화적인 특징이 있으며, 충치를 예방하는 특성이 있어 치약에도 쓰이는 미네랄 물질이다.

기존 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. 이번 연구는 HAp 고유의 골 형성 능력을 활용해 생체의 골조직 환경을 모방하는 소재를 개발한 것이다.

연구팀은 HAp를 고분자 필름과 융합하는 제조 공정을 개발했다. 이 공정으로 제작된 유연하고 독립적인 지지체는 실험 쥐를 대상으로 한 체외·체내 실험에서 뼈 재생을 가속하는 놀라운 잠재력을 입증했다.

아울러 연구팀은 이 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.

홍 교수는 “뼈의 재생 속도를 가속화시키는 효과를 통해 ‘뼈 반창고’와 같은 역할을 하는 HAp 융합 압전성 복합소재를 개발했다”며 “이번 연구는 생체 재료 설계에 새로운 방향성을 제시하는 에 그치지 않고, 압전성과 표면적 특성이 뼈 재생에 미치는 영향을 탐구한 데에 의의가 있다”고 강조했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스’ 4일자에 게재됐다.

구본혁 기자