은평성모병원 홍재택 교수 연구팀, 뼈 조직 재생 촉진할 수 있는 첨단 플랫폼 개발

PMB 코팅으로 인산기 표면 도입, 칼슘 흡착과 결정화 속도 높여 뼈 재생 촉진 향후 척추이식 등 뼈 대체 임플란트 적용 기대…골질환 치료에 새로운 가능성 제시

가톨릭대학교 은평성모병원 신경외과 홍재택 교수와 가톨릭대학교 의과대학 의생명과학교실 전흥재 교수 연구팀이 뼈 재생을 위한 생체재료 분야에서 의미 있는 연구 성과를  29일 발표했다.

연구팀은 생체활성 유리(Bioglass, BG)의 표면에 인산기를 도입할 수 있는 고분자 물질인 Poly(2-Methacryloxyethyl Phosphorylcholine-Co-Butyl Methacrylate, PMB)를 코팅함으로써, 세포 친화적 환경을 조성하고 뼈 조직 재생을 촉진할 수 있는 새로운 플랫폼을 개발했다.

바이오글래스는 체액과 접촉할 경우 칼슘, 나트륨 등의 이온을 방출하며 인공 미네랄화가 진행되어 표면에 수산화탄산아파타이트(Hydroxycarbonate Apatite, HCA) 층을 형성하는 특징이 있다. HCA는 자연 골 조직과 유사한 구조를 가지며, 세포외기질 단백질인 파이브로넥틴(fibronectin)의 흡착을 촉진해 세포 부착과 증식을 돕는 중요한 역할을 한다. 또한 HCA는 세포 부착 매개 인자의 발현을 증가시키고, 증식 관련 신호전달 체계를 활성화함으로써 골 재생 과정에서 핵심적인 기능을 수행한다. 그러나 기존 13-93 바이오글래스는 분해 속도가 상대적으로 느려 실제 뼈 조직으로의 전환이 제한적이라는 한계가 있었다. 

이에 연구팀은 PMB 코팅을 통해 음전하를 띠는 인산기를 표면에 도입하여 칼슘 이온의 흡착을 촉진하고, 결정화 과정을 가속화하는 전략을 적용했다. 그 결과, PMB가 코팅된 바이오글래스에서는 HCA 형성이 더욱 빠르게 진행되었으며, 파이브로넥틴의 흡착이 증가해 MG-63 세포의 부착과 증식이 크게 향상된 것으로 나타났다. 더불어 Focal Adhesion Kinase(FAK), Integrin 등 세포 부착 관련 인자와 증식 관련 신호전달 체계가 활성화되면서 세포 생존율과 증식률 또한 유의미하게 증가한 것으로 확인됐다.

홍재택 교수는 “이번 연구는 생체활성 유리의 표면을 개질해 세포 친화성을 높이고 골 조직 재생을 촉진할 수 있는 새로운 전략을 제시한 것”이라며, “향후 조직공학 기반 치료 플랫폼 개발에 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. 이어 “이를 위한 척추이식 관련 연구가 전흥재 교수 총괄 하에 산업통상부 바이오산업기술개발사업의 일환으로 진행되고 있다”고 덧붙였다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 Tissue Engineering and Regenerative Medicine(IF=4.1)에 게재됐다.