골절 등 치료효과 높이는 ‘인공뼈 분말 제조’ 신기술 개발

KIST 연구진, 크기, 조성 조절 가능한 병변 맞춤형 생체재료 분말 제조 기술 개발

노화로 인한 근골격계 질환은 삶의 질을 위협한다. 최근에 이런 골격계 질환을 치료 혹은 예방하기 위해 신체를 대체하거나 보강해줄 수 있는 인공재료에 대한 연구 역시 활발하다. 예를 들어 치과에서 임플란트 치료 시 턱뼈를 보강하기 위해 인공뼈 가루를 사용하는 경우 등도 여기에 포함된다. 이 밖에 새로운 뼈의 형성, 뼈 부족한 부위의 보충, 뼈의 인체 지지기능 보완 등 목적에 맞도록 다양한 인공재료가 연구되고 있다. 

한국과학기술연구원(KIST) 생체재료연구센터 전호정 책임연구원팀은 레이저를 활용해 기능성 인공뼈 분말 ‘아파타이트’의 합성에 성공했다고 20일 밝혔다. 합성 시간 역시 수십 초밖에 걸리지 않아 다양한 근골격계 치료에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 연구진에 따르면 이번에 합성한 아파타이트는 마그네슘, 스트론튬, 아연과 같은 기존의 기능성 금속 이온 성분의 인공뼈 재료를 대체할 수 있는 장점이 있다. 

또 연구진은 아파타이트 뿐만 아니라 뼈를 구성하는 성분 중 재생에 중요한 인자라고 생각되는 ‘휘트록카이트’도 같은 시간 동안 10배 더 큰 크기로 합성할 수 있었다. 휘트록카이트는 주로 어린아이들의 뼈에서 많이 관찰되는 물질이다. 마이크로미터 사이즈의 휘트록카이트 역시 다양한 분야에서 인공뼈로 쓰일 수 있을 것으로 보인다.

제조시간이 짧아진 것도 큰 장점이다. 기존 ‘열수화’ 공정의 인공뼈 분말 합성 기술은 200㎚(나노미터) 크기의 분말을 얻기 위해 짧게는 20시간에서 길게는 100시간 이상의 시간이 필요했다. 그런데 이번에 연구진이 개발한 레이저 합성공정을 사용하면 작게는 30㎚부터 크게는 200배에 달하는 6㎛(마이크로미터) 크기의 분말까지 10여 분만에 합성할 수 있다.

연구진은 레이저 합성기술로 만든 새로운 인공뼈 재료가 실제 뼈세포에 어떠한 영향을 미치는지도 확인했다. 세포 실험을 진행한 결과 현재 상용화된 제품으로 판매되고 있는 인공뼈 분말 대비 2배 뛰어난 세포 부착 능력과 세포 증식 능력을 나타낸다는 사실을 알아냈다.

전호정 박사는 “이번에 개발한 재료는 레이저 합성 과정을 거쳤기 때문에 합성된 분말이 자연스럽게 녹을 수 있는 ‘생분해성’을 가진다”고 설명했다.

KIST는 이 기술을 기반으로 연구소기업 ‘주식회사 비엠포트’를 지난 9월 13일 설립하기도 했다. 향후 인공뼈 재료, 피부 미용용 필러 등 다양한 인공재료 상용화를 추진할 예정이다.

이 연구 결과는 나노소재 분야 국제 저널인 ‘ACS NANO’ 온라인판에 게재됐다.