연구성과

화공 차형준 교수팀, 홍합단백질로 줄기세포는 붙잡고, 뼈 재생은 빠르게

2023-03-05 534

[POSTECH-경북대-고려대 안암병원 공동연구팀, 골 유도 재생술 효과 극대화하는 임플란트용 차폐막 코팅 개발]

성공적인 치과 임플란트 치료를 위해 중요한 요소 중 하나는 임플란트 주변 치주조직의 상태인 것으로 잘 알려져 있다. 임플란트의 장기적 성공율을 높이기 위해서는 임플란트 주변에 충분하고 건강한 치조골의 존재는 필수적이다. 치조골이 부족하여 임플란트를 심기에 어려운 경우라면 임플란트 수술시 또는 미리 충분한 양의 치조골을 만들어야만 한다. 최근 국내연구팀이 임플란트용 차폐막 코팅을 개발함으로써 치조골 이식의 성공률이 높아질 것으로 기대된다.

화학공학과 차형준 교수팀은 경북대 융합학부 조윤기 교수팀, 고려대 안암병원 구강악안면외과 전상호 교수팀과의 공동연구를 통해 연조직 세포을 차단하는 동시에 줄기세포를 포함한 뼈 전구세포를 끌어당기고, 탑재된 골형성단백질(BMP-2)을 지속성 있게 방출함으로써 골 재생을 획기적으로 높일 수 있는 임플란트용 차폐막 코팅을 개발했다.

골 유도 재생술은 뼈가 자랄 수 있는 공간을 확보하는 동시에 섬유아세포와 같은 골세포 이외의 세포들이 뼈의 결손 부위에 접근하는 것을 차단함으로써, 다른 세포의 방해 없이 뼈를 자라게 할 수 있어 치과 임플란트 영역에서 널리 사용됐다. 하지만, 골 결손부의 형태에 따라 차폐막을 통한 세포 차단만으로는 골 재생의 속도를 획기적으로 높일 수 없으므로, 골양·골질이 부족한 환자에게 확실한 임플란트 성공이나 치료 기간 단축을 보장하기에는 아직 많은 한계가 있다.

공동연구팀은 강력한 수중접착력을 지닌 홍합접착단백질에 세포를 끌어당길 수 있는 세포인지모티프(cell recognitive motif)인 RGD 서열이 연결된 생체소재에 BMP-2를 탑재한 후, 메쉬(mesh) 형태의 티타늄 차폐막에 코팅함으로써 섬유아세포가 통과하지 못하는 선택적인 세포 차단능을 확인했다. 또한, 차폐막 내부에서는 뼈 줄기세포의 높은 성장률과 BMP-2의 방출을 바탕으로 단시간 내에 높은 골 분화를 이끌어내는 것을 확인했다.

이번에 개발된 ‘홍합단백질 기반 골 유도 재생용 코팅’을 티타늄 차폐막에 적용하여 설치류의 두개골 결손 모델에 적용한 결과, 약 2배 이상 빠른 골조직 재생을 유도하는 것으로 나타났다.


연구를 주도한 차형준 교수는 “이번 연구는 공동연구팀의 임플란트· 골 재생과 관련된 오랜 협력 연구 경험을 토대로 개발된 사례로서, 골의 상태와 관계없이 임플란트 치료의 성공률을 높일 수 있는 가능성을 열었다”며, “다양한 경조직 재생에도 얼마든지 적용 범위를 넓힐 수 있을 것”이라고 말했다.

이 결과는 최근 생물공학·재생의료 분야의 세계적인 권위지인 ‘바이오엔지니어링 앤 중개의학(Bioengineering & Translational Medicine)’ 온라인판에 게재됐다. 한편, 이 연구는 보건복지부에서 지원하는 보건의료기술개발사업의 치의학 의료기술 연구개발사업, 농림축산식품부에서 지원하는 고부가가치 식품기술 개발사업 및 한국연구재단의 BK21 Four 사업의 일환으로 수행됐다.