국내 연구진이 인체에 무해한 가시광선을 이용해 골 이식재가 필요없으면서 접착력도 향상한 골 재생용 주사형 하이드로젤을 개발했다. 

포스텍은 차형준 화학공학과‧융합대학원 교수 연구팀이 가교(cross-linking)와 골 이식재가 없이도 광물화가 동시에 일어나는 골 재생 주사형 접착하이드로젤을 개발했다고 13일 밝혔다

뼈 결손을 치료하기 위해선 혈청이나 생체 접착물질을 사용해 골 이식재를 결합시켜 결손 부위에 채워야 한다. 기존의 주사형 하이드로젤은 체내에서 형태를 유지하기 힘들고 접착력에도 한계가 있다. 또 기존 방식은 골 이식재를 접착물질과 함께 사용하기 때문에 ‘뼈 재생’과 ‘접착력’을 동시에 충족하기 어려웠다.

연구팀은 인체에 무해한 가시광선을 이용했다. 하이드로젤의 주요 성분이 연결돼 단단해지는 가교와 하이드로젤 내에서 뼈의 주요 성분인 칼슘, 인산 등 미네랄이 형성되는 광물화가 동시에 일어나는 새로운 시스템을 개발했다. 기존에도 빛을 이용한 연구가 있었지만 골 이식재와 접착물질을 따로 준비한 다음 혼합해야 하고 주요 성분들이 잘 결합하지 않고 사라지는 등 문제가 있었다. 

연구팀이 개발한 골 재생용 주사형 접착하이드로젤 전구체는 미역과 같은 해양 갈조류에서 유래하는 천연 다당류인 알지네이트로 이뤄졌다. 이 밖에 홍합 접착단백질 기반의 코아서베이트, 칼슘 이온, 포스포노디올, 광반응제가 포함됐다.

이 전구체는 물에 잘 풀리지 않는 코아서베이트 제형 덕분에 주입 후 체내에서 형태와 위치를 잘 유지한다. 또 가시광선을 조사하자 가교가 형성됨과 동시에 뼈 이식재 역할을 하는 비정질 인산칼슘이 형성돼 뼈 이식재와 접착물질 없이도 ‘뼈 재생’과 ‘접착력’을 동시에 제공한다.

대퇴골이 결손된 동물 모델로 실험한 결과 연구팀이 개발한 하이드로젤은 빠르고 정확하게 주입돼 골절 부위를 부착했다. 뼈 재생에 필요한 성분을 효과적으로 전달하는 데 성공했다.

차형준 교수는 “연구팀이 개발한 골 재생용 주사형 접착하이드로젤 시스템은 기존의 복잡한 뼈 질환 치료법을 대체할 혁신적인 대안으로 뼈 조직 재생 기술 개발에 큰 도움이 될 것”이라고 말했다. 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘바이오 머티리얼즈’에 최근 온라인 게재됐다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1016/j.biomaterials.2024.122948