포스텍, 홍합과 규조류로 임플란트 빠르게 회복하는 기술 개발

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'어드밴스드 머터리얼즈' 표지 그림
<'어드밴스드 머터리얼즈' 표지 그림>

홍합과 규조류를 활용해 임플란트가 잇몸에 빠르게 자리잡을 수 있도록 하는 기술이 개발됐다.

포스텍(총장 김도연)은 차형준 화학공학과 교수와 조윤기 박사, 김창섭 영남대 화학생화학부 교수 연구팀이 홍합과 규조류에서 유래한 성분을 바탕으로 임플란트 표면을 코팅해 거칠기를 조절하고, 임플란트가 잇몸뼈 사이에 빠르게 안착할 수 있도록 촉진하는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

연구팀은 홍합이 바위에 잘 붙어있기 위해 분비하는 접착 단백질과 규조류가 생존을 위해 몸의 외벽을 세우는데 필요한 실리카를 응용해 새로운 유·무기 하이브리드 생체 적합성 코팅 소재를 개발했다.

이 소재는 임플란트 골 융합과 재생을 빠르게 도와 임플란트 수술 성공률을 높이는데 도움을 줄 것으로 기대된다. 특히 노인이나 당뇨, 골다공증 환자 등 잇몸뼈 기능이 약한 환자에게 효과적으로 활용될 전망이다.

포스텍과 영남대 교수팀이 홍합과 규조류를 활용, 임플란트가 빠르게 회복될 수 있는 기술을 개발했다. 사진 왼쪽부터 차형준 포스텍 교수, 조윤기 박사, 김창섭 영남대 교수.
<포스텍과 영남대 교수팀이 홍합과 규조류를 활용, 임플란트가 빠르게 회복될 수 있는 기술을 개발했다. 사진 왼쪽부터 차형준 포스텍 교수, 조윤기 박사, 김창섭 영남대 교수.>

그동안 실리카 나노입자는 뛰어난 골세포 분화능력에도 불구하고 덩어리로 뭉쳐지면 쉽게 부서진다는 단점 때문에 응용하기 쉽지 않았다. 연구팀은 뛰어난 접착력과 인체내 안전성을 검증받은 홍합 접착 단백질을 분자생명공학적으로 재설계해 실리카 나노입자를 형성하는 단백질 'R5-MAP'를 개발했다.

'R5-MAP'는 표면에 안정적으로 코팅돼 체액과 유사한 조건에서 실리카 나노입자를 형성할 수 있다.

연구팀은 실리카 나노입자를 다중층 방식으로 코팅함으로써 티타늄 임플란트 표면 거칠기를 조절할 수 있다는 것을 입증했다. 또 'R5-MAP' 기반 실리카 나노입자 다중층을 티타늄 표면에 코팅해 체내 골 결손 부위에 이식했을 때 기존보다 2배 이상 높은 골 조직 재생을 유도하는 결과도 얻었다. 연구팀은 연구 결과물에 대해 특허도 획득했다.

뛰어난 접착력과 인체내 안전성을 검증받은 홍합접착단백질을 분자생명공학적으로 재설계해 실리카 나노입자를 형성하는 단백질 'R5-MAP' 개발관련 모형도.
<뛰어난 접착력과 인체내 안전성을 검증받은 홍합접착단백질을 분자생명공학적으로 재설계해 실리카 나노입자를 형성하는 단백질 'R5-MAP' 개발관련 모형도.>

차형준 교수는 “이번에 개발된 코팅 소재는 높은 무게를 지탱해야 하는 체내 골 조직 부위 식립을 위한 티타늄 임플란트에 실리카 나노입자를 성공적으로 적용했다는 점에서 의미가 있다”면서 “티타늄 뿐만 아니라 다양한 임플란트 소재 표면에도 적용할 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 해양극지기초원천기술개발사업 중 '해양 생광물화 경로 규명 및 모사 통한 다기능성 생광물 복합소재 개발'사업, 해양수산부의 해양수산생명공학 R&D 사업 중 '해양 섬유복합소재 및 바이오플라스틱소재 기술개발' 사업 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 최근 재료과학분야 세계 권위지 '어드밴스드 머터리얼즈' 표지 논문으로 발표됐다.

포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com