세라믹기술원, 바이오글래스 인공뼈소재의 체내 흡수성 및 재생효율 규명 

- 치과 및 정형외과 임플란트 소재로서의 활용 기대

- 미국화학회, ACS Omega 10월 호 표지 논문으로 게재

ISO 10993-14의 용출 조건 (산성 및 중성)에 따른 S53P4 바이오글래스 소재의 체내 흡수성과 뼈형성 변화 비교. (자료제공: KICET)

한국세라믹기술원(KICET, 원장 정연길)은 장정호 박사 연구팀이 기존 인공뼈 소재로 많이 사용해 오던 하이드록시아파타이트 소재보다 체내 흡수성과 뼈재생 효율이 더 우수한 바이오글래스 인공뼈 소재 기술을 개발했다고 11월 12일 밝혔다. 

하이드록시아파타이트는 뼈의 주성분으로서 칼슘과 인의 2가지 성분으로 구성된 화합물이다. 바이오글래스는 기존 하이드록시아파타이트 소재에 생체 흡수성 증진을 위하여 실리카와 산화나트륨을 첨가한 인공뼈 소재이다.

이번에 개발한 기술로 제작된 바이오글래스 인공뼈 소재를 통해 세라믹 소재 용출 분해 평가 관련 국제규격인 ISO10993-14를 적용하여 생체 흡수성과 뼈형성 과정을 규명했다. ISO10993-14는 세라믹 의료기기 및 부품의 생물학적 안전성 평가를 위한 국제표준 규정으로서, 세라믹소재로부터 용해 및 분해되어 나온 산물의 안전성을 평가하는 규정이다

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

또한 이를 대체하기 위해 칼슘 농도를 조절하여 세라믹 인공뼈 소재의 용해성을 증가시킨 다양한 칼슘포스페이트 인공뼈 소재가 개발되고 있으나, 생체적합성과 강도 등에서 하이드록시아파타이트보다 우수하지 못하다는 평가를 받고 있다.

이를 해결하기 위해 장정호 박사 연구팀은 칼슘-인-실리카-산화나트륨 등의 4가지 성분으로 구성된 S53P4 바이오글래스 소재를 활용하여 고온에서 용융/냉각한 후 입도와 조성비를 최적화했고, 이를 ISO 10993-14 규정에 따라 구연산 용액과 트리스용액에서의 생체흡수성을 속도론적으로 해석하여 형성된 뼈의 두께를 측정함으로서 우수성을 비교 평가했다. 

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

장정호 박사 연구팀은 “기존에 인공뼈 소재로 사용해오던 하이드록시아파타이트 소재의 체외 용출분해 결과보다 훨씬 높은 수준의 생체 흡수성과 뼈형성 속도를 보여주는 것으로 향후 추가적인 동물실험을 통해 치과 및 정형외과 임플란트 소재로서의 활용도가 높아질 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 산업통상자원부가 주관하고 한국산업기술기획평가원이 지원하는 바이오산업기술개발사업(첨단바이오 신소재)으로 수행했다. 연구결과는 미국화학회의 ‘에이씨에스 오메가 (ACS Omega)’ 24년 10월호 표지논문에 ‘산성과 중성 용액에서 S53P4 바이오글래스 소재의 생체흡수성과 바이오미네랄리제이션’이라는 제목으로 게재됐다. 

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]