연구실 탐방

최근 들어 생체재료 연구가 부가가치 산업으로 인식되면서 국내외 적으로 관심이 증가하고 있다. 이병택 교수가 이끄는 순천향대 의공학교실은 천연뼈 모방의 근골격 경조직 재건에 관한 기초연구수행으로 다중압출공정 및 스폰지 복제법을 이용한 골재생 지지체를 제조하고 줄기세포를 이용한 조직재건기술 및 골형성 촉진물질의 코팅을 통한 조직공학적 골재생 지지체 개발에 관한 연구를 현재 수행하고 있다. 좀 더 자세한 내용을 들어보기 위해 이병택 교수와 의공학교실 연구원들을 만나 보았다.

의공학교실에서 중점적으로 추진하고 있는 생체재료 연구가 있다면 소개 부탁드립니다.
순천향대학교 의공학교실이 중시하고 있는 연구 분야는 크게 3가지로 구분 할 수 있습니다.
 1. 생체모방 치밀골 제조 연구
- 본 연구실의 선행연구로써 다중압출공정 기술을 확립한 바가 있으며, 이를 이용하여 Hydroxyapatite 및 Zirconia등의 생체재료 복합체의 미세조직을 제어하고 고인성 및 고강도화를 실현하고 있다.
- 현재, 선행연구를 기반으로 HAp 및 ZrO2 나노 세라믹 원료, 고분자 바인더, 스테릭 산을 균일하게 열간 혼합하고, 이 원료를 이용하여 최적의 압출금형설계 조건에서 다중 압출하여 원하는 섬유상의 필라멘트를 제조. 특히 세라믹 및 탄소 필라멘트의 적층배열 순서 제어하여 기공채널 및 미세조직을 제어하고 있다.
- 생체모방형 치밀골 제조를 위해 본 연구진이 독창적으로 기획하고 있는 것은 치밀골의 주요 골격인 오스테온 층상구조와 하버시안 및 볼크만 채널구조 구현을 위해 세라믹 섬유상 및 층상구조로 성형하기 위해 Fibrous monolithic 공정과 테이프 캐스팅 공정을 활용하고 있다.
- 특히 미세조직 제어를 통해 미세한 오스테온 구조 구현하고, 치밀한 조직과 연속다공성의 오스테온 층상구조를 갖는 미세구조 구현을 위한 연구를 진행하고 있다.

 2. 생체모방 해면골 제조 연구
- 3-D 망상구조의 생체모방형 해면골 제조를 위해서는 스폰지 복제법이 사용되고 있으며, 특히 본연구실에서 개발된 선행연구를 기반으로 인체 해면골의 화학조성과 기공 크기 및 분포등의 미세구조를 정교하게 제어하고 있다.
- 기공골격의 경사기능재료 구현을 위해 HAp/TCP 및 바이오글래스 함량조절에 따른 생체내에서의 생분해 거동을 고려한 코어링 구조의 조성설계 연구가 수행되고 있다.
- 해면골 구조의 2중 망상구조 구현을 위해 2중의 스폰지 복제법이 연구되고 있으며 생분해속도 제어를 목적으로 기공골격 형성에 관여하는 소재의 조성경사화 구현에 관한 연구를 수행하고 있다 .
- 특히 줄기세포와 골수의 조기유도 및 활착을 위해 스폰지 망상구조내 제2의 서브 망상구조 구현을 통해 생체특성 향상을 유도하기 위한 연구를 진행하고 있다.

 3. 과립형 뼈이식제 및 주사형 뼈이식제
칼슘 인산계 세라믹을 사용하여 구형 및 원통형의 과립형 다공질체를 제조하고 그에 대한 생체특성평가를 수행하고 있음. 또한, 고분자와 생체 세라믹 분말을 혼합하여 경화거동 및 기계적 강도가 우수한 주사형 뼈이식제 제조에 관한 연구를 수행하고 있다.
또한, 본 연구실에서는 생체 세라믹 뿐만 아니라 고분자를 이용한 인공혈관, 인공신장 및 약물전달체계에 관한 연구도 활발히 수행하고 있다. 특히, 전기방사법을 이용하여 다양한 종류의 고분자가 혼합된 섬유조직을 제조하고 있으며, 기계적 특성 및 생체적합성등에서 높은 성과를 보이고 있다.
국내외 생체재료 수요와 연구 중인 분야의 성과는 어떠한가요?
고령화 사회의 진입으로 골다공증 등의 각종 경조직 관련 질환, 산업재해, 교통사고 등으로 인한 인체 경조직의 골절수술 및 기능복원을 위해 인공 경조직 수요가 급증하고 있으나 현재 임상에서는 인공 해면골이 제한적으로 사용되고 있고 치밀골의 경우 자가뼈 이식이나 사체뼈가 주로 사용되고 있으며 대부분 수입에 의존하고 있습니다.
의공학교실에서 수행중인 연구는 그 동안 본 연구진이 축적한 기술인 Fibrous monolithic (FM) 공정 관련 세라믹 미세조직제어 원천기술을 이용하여 정형외과, 신경외과, 성형외과 및 치과영역에서 활용되고 있는 천연골 생체모방 인공 해면골 및 치밀골 개발을 위한 창의적인 연구를 수행하고 있습니다.
인체 골격은 골 표면의 치밀골과 골 내부의 해면골로 이루어진 복합골 형태로 인체뼈의 각 부위 및 기능에 따라 다양한 비율의 치밀-해면 복합골로 구성되어 있는데 본 연구의 핵심은 인체 각 부위 맞춤형 생체모방 복합골을 세계 최초로 구현하고자 하며, 또한 이를 활용하여 환자 골 결손부위의 3D-CT 영상 분석을 통해 모든 환자에 적용이 가능한 환자 맞춤형 치밀-해면 복합골 개발이 필요.
이들 천연골 모방 경조직 생체소재 개발을 위한 바이오 신소재 산업은 21세기 인류의 수명을 연장하고 삶의 질을 높일 수 있는 신경제성장 엔진으로 NT-BT 융복합 기술을 통한 임상치료용 소재개발 기술은 대표적인 미래의 국가경쟁력으로 실용화 기술 및 국산화 기술 개발이 시급합니다.
본 연구실에서는 다중압출공정 (Fibrous monolithic process), 스폰지 복제법등의 hard tissue 제조법을 확보하고 있으며, 전기방사법, 단백질 코팅 및 약물전달체계 등의 soft tissue 제조기술 및 생체특성 향상기술을 확보. 현재까지 150편 가량의 논문 및 특허를 발표하였습니다.
의공학교실 인적 구성원은 어떻게 되어 있으며, 연구생 확보에 어려움은 없으신지 궁금합니다.
현재 저희 연구실은 저를 중심으로 연구원 2명, 박사과정 4명, 석사과정 9명, 학부과정 5명으로 구성되어 있고, 공동연구진으로 생리학교실 및 면역학교실과 대학부속 병원의 정형외과, 성형외과, 신경외과, 신장내과, 흉부외과 등의 임상교수진과 공동연구를 수행하고 있습니다.
그 중, 8명은 외국인이며 방글라데시, 필리핀, 베트남의 상위랭킹 대학교를 졸업한 우수한 인재들로 구성되어 있으며 지속적인 해외교류를 통해 우수한 학생들을 받고 있습니다. 또한, 학부의 생명공학과, 의료공학과, 신소재공학과, 화학공학과등에서 본 연구실로 대학원 진학을 하고 있습니다. 특히, 본 연구실은 생체 세라믹 뿐만 아니라 고분자, 세포실험 및 동물실험을 자체적으로 수행하고 있으며, 각 분야의 전공자들로 구성되어 있어 각기 다른 전공의 학생들이 협력하여 시료제조부터 동물실험까지 수행하고 있습니다.

마지막으로 연구실 운영 및 연구원들의 역량을 증대시키기 위한 노하우가 있다면 알려주세요.
의공학교실에서는 정기 세미나를 통해 새로운 아이디어를 공유하거나 자신의 연구성과를 보고하여 학생들 간의 정보공유를 활성화하고 있으며, 이를 통해 수업에서 미처 배우지 못한 지식을 습득하거나 자신의 연구에 새로운 아이디어를 도출할 수 있는 계기를 만들고 있습니다. 또한, 본 연구실은 연구실내 공식언어를 영어로 지정하여 연구실 내에서는 영어를 사용하여야 하며, 외국인 선발시 개인의 연구역량 외에 영어실력을 중요하게 고려하여 현재 영어실력이 우수한 외국인들로 구성되어 있어, 한국학생들에게는 영어공부를 할 수 있는 환경을 제공하고 있습니다.   
저희 의공학교실에 관심이 있으신 분들은 홈페이지(biomaterials.sch.ac.kr)를 방문해 궁금하신 점을 Q&A 게시판에 올려주시면 답변해드리겠습니다.
김동진 기자 rizzz@naver.com

FM 공정을 이용한 미세조직 제어

스폰지 복제법을 이용한 다공질체의 단백질 코팅 및 강도 향상

과립형 생체 세라믹 다공질체

연구실 A : 제조한 시료의 독성평가 및 세포실험을
수행하고 있는 In-vitro Room

연구실 B : 생체재료 제조 및  물성평가를 수행

XRD (X선 회절기), 재료의 성분 분석

생체 세라믹 재료(Hydroxyapatite)
나노분말 합성 준비과정

다중압출공정 장비

< 본 사이트에는 일부 자료가 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2010년 10월호를 참조바랍니다.>