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연구책임자
정종평
연구원 | 이승진
연구원 | 김희중
연구원 | 박윤정
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본 과제에서는 골재생의 극대화를 위해 기존에 활용되고 있는 차폐막의 성질을 나노공학기반 기술을 이용하여 물성을 최적화 하며 이들이 생체에 적용되었을 때 생체조직과의 접착계면사이에서 재료표면으로
의 부착 및 활성을 유도할 수 있는 생리활성 물질, 리간드 및 펩타이드 유도체를 활용하여 세포인식능을 향상시킨 조직 재생용 복합 신소재 생체재료를 연구하고 있다.
나노공학의 발전으로 기존의 중합체나 탄소와같은 다양한 소재를 이용한 나노단위의 섬유상 재료에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 본과제에서는 다양한 기법을 이용하여 의료용 고분자를 나노섬유화하여 초미세 단위의 차폐막으로 제작하고 이들의 표면을 생리활성 물질이나 세라믹으로 개질하여 접착계면에서의 세포반응을 극대화 하고자 하였다 (그림1). 이렇게 연구된 차폐막의 적용은 기존 유도조직 재생용 차폐막 목적과 임플란트 시술시 골재생유도를 위한 기법으로 활용되고 있다.
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[그림1] 표면에 세포생리활성물질이 고정된 초미세 표면개질 차폐막의 모식도 |
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연구의 최종목표 |
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기존 마이크로단위의 섬유상 차폐막에 비교하여 나노단위의 더욱 미세한 섬유로 제작되는 고분자 차폐막으로 생체와 접착계면 면적을 극대화하고, 기계적 특성이 우수한 신개발 차폐막을 개발하며 이에 더 나아가 생체내 접착계면에서의 세포활성을 촉진시킬수 있는 물질, 즉 리간드, 생리활성 펩타이드, 무기물질등을 표면에 미세하게 고정하여 초기 조직재생과정을 촉진시키도록 한다. 각 개발 단계별로 생산되는 차폐막에 대해 기능 및 적용분야에 맞도록 제품화를 추진하도록 한다. |
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연구내용 |
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- 전기방사 기법에 의해 전기자기장을 이용한 전기방사기법에 의해 각종 고분자 예를 들면 키토산, 실크피브로인, 폴리락트산류의 고분자를 나노섬유형태로 방사하여 불규칙한 배열의 형태를 지니는 고분자막을 제조하였다. 이러한 불규칙한 배열을 지니는 차폐막의 구조는 세포외기질 단백질에 존재하는 콜라겐의 3차원적 구조와 유사하다 (그림 2, 3)
- 전기방사기법으로 제작된 차폐막 중 키토산으로 제작된 나노섬유 차폐막 (나노가이드-씨)은 기술이전 후 식약청의 임상시험허가를 거쳐 임상시험이 완료되었으며 기존의 차폐막에 비해 우수한 조직유도재생력을 지님을 확인하였다.
- 골재생을 촉진하기위한 시도로서 수산화인회석 입자를 나노코팅하여 골조직세포와의 친화성을 극대화 하고자 하였다 (그림4)
- 생체재료와 세포간 계면에서의 세포생리활성을 촉진시키고자 계면에서의 부착, 증식 및 분화기능을 증가시켜 재생효율을 극대화할 수 있는 활성펩타이드를 발굴하고 이를 차폐막의 표면에 효과적으로 고정하는 기술을 개발하였다 (그림 5)
- 펩타이드로 표면개질된 차폐막 등은 표면개질되지 않은 차폐막에 비해 현저히 우수한 접착력, 성장 및 분화능을 나타내었으며 골조직 결손부에 적용하였을 경우 표면개질되지 않은 차폐막에 비해 현저히 증가된 골재생력을 관찰할 수 있었음. 또한 표면에서의 차폐막-골조직의 유착이 증진됨을 확인하였음
(그림 6,7)
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[그림2] 전기방사된 차폐막의 실물 및 표면을 전자현미경으로 관찰한 사진 |
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[그림3] 세포외 기질 단백질 콜라겐 3차구조 (왼편 사진) 및 콜라젠으로 나노코팅된 고분자 나노차폐막 |
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[그림4] 고분자 차폐막의 표면에 수산화인회석이 나노코팅된 차폐막의 골세포 친화도. 오른편으로 갈수록 (표면에 인회석 나노코팅이 형성되어있음)세포친화성이 증가함을 알수있다. |
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[그림6] 펩타이드로 표면개질된 차폐막의 세포접착력이 그렇지 않은 차폐막에 비해 현저히 증가함을 보여주는 공초점현미경 사진:
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[그림5] 세포생리활성 펩타이드의 발굴 및 생체재료 차폐막 표면으로의 고정화 모식도 | |
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[그림 7] 백서의 두개골 결손부에서의 펩타이드가 고정된 차폐막의 4주째 골재생 치유효과. 골결손부는 신생골로 완전히 채워졌음을 확인하였고 차폐막과 골조직의 유착이 관찰되었음. |
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파급효과 |
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나노섬유기반 막형태의 재료가 개발되고 이의 표면개질을 위한 신개념의 생리활성 물질의 발굴, 고정화 기법이 도출되어 기능성 재료의 개발 분야에 이의 기반기술이 파급될 수 있으며 개발과정에서의 특정기술이 산업화로 이전되는데 도움을 줄 수 있음. |
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연구성과 |
- 나노가이드-씨의 기술이전 및 임상시험등을 포함한 상용화
- 표면개질기법
- 세포부착유도 및 재생기능성 펩타이드의 발굴 및 신합성 기술확립
- 표면개질된 차폐막의 골재생능 달성
- 상기기술을 개발하는 과정에서의 개발 특허 출원 (국내 4건, 국제특허 1건) 및 해외저명
학술지 논문투고 (국내 3건, 국제 4건)
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활용방안 |
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나노기술을 기반으로한 조직 재생기능성 의료기기의 개발기술에 활용될 수 있으며 또한 특정한 조직의 재생에 선택적인 생리활성 펩타이드의 발굴기법 및 이의 생체재료 표면으로의 고정기술은 골재생 분야 뿐아니라 기타 신체 조직의 재생을 촉진하는 전달체 개발기술에 활용될 수 있으며 이를 통해 신개념의 조직공학용 재료의 개발이 가능하다. |
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