한국세라믹기술원 장정호 박사 연구팀은 “기존 인공 뼈 소재로 많이 사용해 오던 하이드록시아파타이트(뼈 주성분 칼슘과 인의 2가지 성분 화합물)소재보다 체내 흡수성과 뼈 재생 효율이 더 우수한 바이오글래스( 실리카와 산화나트륨 첨가)인공 뼈 소재 인공 뼈 소재 기술을 개발했다”고 12일 밝혔다.

미국화학회‘에이씨에스 오메가 (ACS Omega)’24년 10월호 표지논문. 한국세라믹기술원 제공

이번에 개발한 기술로 제작된 바이오글래스 인공 뼈 소재를 통해 세라믹 소재 용출 분해 평가 관련 국제규격인 ISO10993-14(세라믹 소재로부터 용해 및 분해되어 나온 산물의 안전성을 평가하는 규정)를 적용해 생체 흡수성과 뼈 형성 과정을 규명했다.

하이드록시아파타이트 인공 뼈 소재는 인체 뼈의 주성분인 칼슘과 인으로 구성돼 생체 친화성이 매우 우수하기 때문에 대표적인 인공 뼈 소재로 사용되어 왔으나, 생체 흡수성이 낮아 주변 골조직과의 재생 시간이 오래 걸리는 문제점을 갖고 있다.

또 이를 대체하기 위해 칼슘 농도를 조절해 세라믹 인공 뼈 소재의 용해성을 증가시킨 다양한 칼슘포스페이트 인공 뼈 소재가 개발되고 있으나, 생체적합성과 강도 등에서 하이드록시 아파타이트보다 우수하지 못하다는 평가를 받고 있다.

이를 해결하기 위한 여러 연구 끝에 장정호 박사 연구팀은 칼슘-인-실리카-산화나트륨 등의 4가지 성분으로 구성된 S53P4 바이오글래스 소재를 활용해 고온에서 용융/냉각한 후 입도와 조성비를 최적화했다.

또 이를 ISO 10993-14 규정에 따라 구연산 용액과 트리스 용액에서의 생체흡수성을 속도론적으로 해석하여 형성된 뼈의 두께를 측정함으로써 우수성을 비교 평가했다.

그 결과, S53P4 바이오글래스 소재의 생체흡수성은 구연산 용액에서 우세하지만 뼈 형성은 트리스용액에서 8배 이상 우수하다는 것을 입증했다.

장정호 박사 연구팀은 “기존에 인공 뼈 소재로 사용해 오던 하이드록시 아파타이트 소재의 체외 용출 분해 결과보다 훨씬 높은 수준의 생체 흡수성과 뼈 형성 속도를 보여주는 것”으로 “향후 추가적인 동물실험을 통해 치과 및 정형외과 임플란트 소재로서의 활용도가 높아질 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 산업통상자원부가 주관하고 한국산업기술기획평가원이 지원하는 바이오산업기술개발사업(첨단바이오 신소재) 수행을 통해 달성했다.

이 논문은 미국화학회‘에이씨에스 오메가 (ACS Omega)’24년 10월호 표지논문에‘산성과 중성 용액에서 S53P4 바이오글래스 소재의 생체흡수성과 바이오미네랄리제이션’이라는 제목으로 게재됐다.