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.
교신저자인 전흥재 교수는 “생체활성 유리와 BMP-2, 그리고 광경화성 하이드로겔을 결합한 이번 연구는 척추 뼈 재생 분야에서 새로운 치료 패러다임을 제시하는 데 큰 의미가 있다”고 밝혔다. 홍재택 교수도 “향후 임상 적용을 통해 척추 수술의 치료 성과를 크게 향상시킬 수 있을 것이며, 이번 연구는 최소침습적 척추 수술에서 환자의 회복과 치료 결과를 개선하는 데 중요한 역할을 할 수 있다”고 전했다.
한편 이번 연구는 산업통상자원부 바이오산업기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 Science의 파트너 저널이자 국제 학술지 ‘Biomaterials Research’ 에 게재뙜다.
톨릭대 의과대학 의생명과학교실 전흥재 교수팀 연구 도식도.
