by이순용 기자
2021.05.06 11:12:58
나노 코팅 기술 활용해 성장인자 점진적 방출 성공
[이데일리 이순용 기자]연세대 치과대학 치주과학교실 차재국·정의원 교수, 연세대 공과대학 화공생명공학과 홍진기 교수 연구팀이 임플란트 식립 시 합병증을 크게 줄이면서 치조골 재생 능력을 높일 수 있는 방법을 규명했다.
연구 결과는 고령의 환자 등 치조골 재생이 적절하게 이뤄지지 않아 임플란트 식립 과정에서 어려움을 겪는 많은 환자에게 도움이 될 것으로 기대된다. 이번 ‘순차적 골형성단백질 방출을 통한 치조골 재건(Programmed BMP-2 release from biphasic calcium phosphates for optimal bone regeneration)’ 연구는 생체 재료의 연구 및 응용 분야를 다루는 최상위 저널인 ‘BIOMATERIALS’에 게재됐다.
고령화 사회로 진입하면서 노인 및 전신 질환을 가진 환자들의 치과 임플란트 치료 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 환자들의 경우 치조골 소실로 임플란트 식립과 함께 치조골 이식술, 상악동 거상술 등을 동반해야 하는 경우가 대부분이다. 하지만 고령의 환자, 특히 전신 질환이 있는 경우에는 상처 치유 능력이 떨어져 치조골 재생이 잘 이뤄지지 않고, 이에 따라 임플란트 식립 후 완성까지 오랜 시간이 걸린다.
이 같은 점을 극복하기 위해 2000년대에 들어 임플란트 치료에 성장인자의 사용이 시도되고 있다. 그 중 전임상시험에서 가장 효과적이었던 제2형 골형성단백질(BMP-2)의 경우 FDA 승인 이후 임플란트 주위 치조골 재생술에 사용되고 있다. 그러나 성공적인 전임상시험과 달리 실제 환자에서는 심한 부종과 통증, 비특이적 골형성 등과 같은 술 후 합병증이 높은 빈도로 발생하고 있다.
고농도, 고용량의 성장인자가 빠른 속도로 일시적으로 방출되는 것이 이 같은 합병증의 주요한 원인으로 지목돼 왔다. 이에 따라 성장인자의 방출 시기와 속도 및 용량을 정교하게 조절하는 연구가 요구됐다.
연구팀은 이 같은 문제를 해결하고자 ‘나노 코팅 기술’을 적용했다. 특히 성장인자가 염증 반응이 일어나는 수술 후 2~3일 동안은 방출되지 않다가, 그 시기 이후부터 오랜 기간 점진적으로 방출되도록 프로그램화하는 기술을 연구했다.
이에 따라 실제 임상에서 사용하는 합성골 이식재 표면에 유기 실리케이스를 씌우고, 성장인자 탑재 후 내츄럴폴리머(natural polymer) 기반 다수의 적층 필름을 사용해 코팅했다. 이를 통해 의도했던 바와 같이 생체외(in vitro) 환경 모델에서 성장인자가 초기에 급격히 방출되는 것을 막고, 속력을 2배 늦춰 순차적으로 방출되도록 하는 데 성공했다.
동물 실험에서도 향상된 골 재생 효과가 증명됐다. 특히, 임상에서 사용하고 있는 성장인자의 농도의 약 1%에 해당하는 0.01mg/ml을 활용해서도 골 재생 효과를 극대화 할 수 있음을 증명했다. 특히 수직적 골 결손부 모델과 같은 아주 뼈가 만들어지기 어려운 부위에서도 효과를 확인했다. 프로그램된 골 이식재(제작 모델)와 기존의 방법을 이용한 골 이식재의 성장인자 방출 시기를 나타낸 그림. 두 이식재를 이용해 실험했을 때 골 재생량의 차이를 3차원적 재현을 통해 비교했다.
연세대 치과대학-공과대학 간 공동 연구를 통해 이뤄진 이번 연구 결과는 ‘인공뼈에 탑재된 성장인자 방출의 프로그램화’를 통해 임플란트와 치조골 재생술의 효과를 극대화할 수 있고 심한 부종, 통증 등 합병증을 확연히 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 특히 고령 환자, 당뇨와 같은 전신 질환을 가지고 있는 환자들에게 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 예상된다.
차재국 교수는 “연구 결과는 성장인자의 초기 과다 방출을 감소시켜 뼈 형성 단계에서 염증을 유발하지 않아 임상 사용이 용이하다”며 “개발한 플랫폼은 BMP에만 국한되지 않고 다양한 성장인자에 활용될 수 있다”고 연구의 의의를 밝혔다.
이번 연구는 한국연구재단, 산업통상자원부, 연세대 치과대학의 지원으로 수행됐다.
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