경북대학교병원 정형외과의 오창욱 교수 연구진이“3D-프린팅PLLA에rhBMP-2가 접합된 생체 활성형 골이식 대체재”연구로6월2일 개최된 대한소아청소년정형외과학회 제39차 연례학술대회에서KPOS Best Paper Award를 수상했다.
골이식 대체재((Bone Graft Substitutes)란,외상에 의한 골절이나 골종양,감염 등으로 인해 생긴 골 소실부에 뼈를 대체할 수 있게 넣는 물질로,오 교수는 채취량의 한계가 있는 기존의 자가골 이식과 유합률이 낮은 동종골 이식의 한계를 뛰어넘는 새로운 골이식 대체재 개발의 필요성을 느끼고, 2020년 경북대학교 국제재생의학연구소 임정옥 교수,경북대학교병원 진단검사의학과 서장수 교수 그리고 경북대학교 화학과 이규의 교수와 연구팀을 꾸려 차세대 골이식 대체재 연구를 시작했다.
연구진이 골이식 대체재 개발에 가장 중점을 둔 부분은, “안전한 물질로 골재생 효과를 극대화하는 것”이었다.이를 위해 연구진은 골형성 단백질(rhBMP-2)과 인체결합 단백질(Collagen)을 컨쥬게이션(Conjugation,결합)하여 겹겹이 쌓아 올리는 적층구조를 자체 개발하였다. (아래 그림)
임정옥 교수는 “적층구조의 특징은 골이식 대체재가 몸 속에 이식돼 있는 동안 골재생 성장인자들이 오랜 기간에 걸쳐 방출되는 효과를 불러일으켜 골이 재생되는 효과를 극대화할 수 있다.”고 말했다. 실제 연구팀이 수행한 토끼 골 결손모델에서 기존 제품(6일 이내)에 비해9배 이상(56일 이상)의 기간 동안 골재생 성장인자가 방출되는 것을 확인하였으며,이를 통해 골재생 기간이 유의미하게 단축되는 결과를 확인하였다.
오 교수는 오랜 임상경험을 바탕으로,수술실에서 효율적으로 사용할 수 있는 편의성 개선에도 힘썼다.기존 제품은 가루형태여서 수술현장에서 액체와 가루를 혼합해야하는 과정이 있는데,이번에 개발한 제품은 혼합과정이 필요 없는Ready-to-use제품이다.이렇게 바로 사용할 수 있는 제품은 감염 위험을 낮추고 제품의 소실도 방지할 수 있으며,무엇보다도 수술시간을 단축할 수 있어 환자와 의료진 모두를 만족시킬 수 있다.
더욱이 연구팀이 개발한 골이식 대체재는3D프린팅 기술을 적용하였다.공동연구자인 서장수 교수는“3D프린팅 기술을 사용하여 생역학적 안정성을 가진3차원적 구조를 유지할 수 있고,골 소실 크기와 모양에 따라 환자 맞춤형으로 대체재를 제작할 수 있다는 것이 큰 장점이다.”라고 말했다. (아래 그림)
그간의 골이식 대체재들은 생체 역학적인 안정성을 유지하지 못하는 한계가 있었다.연구팀은 이번 연구로 생역학적 안정성을 유지하면서 골재생 능력이 뛰어난 골이식 대체재를 개발하게 되었다.오 교수는“이 기술은 사용자 편의성을 높이는 한편,정형외과 분야뿐만 아니라 치조골,척추골 등 다양하게 적용할 수 있는 원천기술로 사용될 수 있어 연구의 의미가 크다”고 말했다.
본 연구는2021년 범부처 재생의료 기술개발사업에서 신규 과제로 선정된 바 있으며, “rhBMP-2-Conjugated Three-Dimensional-Printed Poly(L-lactide) Scaffold is an Effective Bone Substitute”의 제목으로“Tissue Eng Regen Med”에 2023년 2월에 게재되었다.
공동연구를 맡은 경북대학교 이규의 교수는“개발한 골이식 대체재의 사용화를 위해2024년까지 식품의약품안전처임상시험계획 승인을 목표로 하고 있다”고 밝혔다.
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