빠르고 효과적으로 부러진 뼈 재생하는 새로운 방법
차세대 골이식 대체제, 골재생 치료제
골형성 단백질, 콜라겐, 생체 흡수성 고분자 소재(PLLA)를 결합
효율성, 안정성, 효과 증가
토끼 실험 통해 효과 증명 성공
FDA 승인 몇 단계만 남은 상황
[ 위즈덤 아고라 / 제갈혜진 기자] 어김없이 또다시 찾아온 여름. 여름휴가철이 다가오면 그동안 즐기지 못했던 레저 스포츠와 번지점프, 윈드서핑 등 가지각색의 익스트림 스포츠를 만끽하는 사람들을 볼 수 있을 것이다. 그렇지만 평소에 운동을 자주 하지 않고 몸이 약한 사람들이 갑작스럽게 고강도 운동을 하거나, 격렬한 몸동작을 하게 되면 몸에 큰 무리가 가, 골절이 일어나는 경우가 자자하다. 윈드서핑 같은 레저스포츠는 골절과 염좌의 원인이 될 수 있으며 번지점핑 같은 익스트림 스포츠는 척추골절과 발목 염좌 등의 심각한 부상을 있을 수 있는 가능성이 높은 스포츠임에도 불구하고 사람들은 그 순간의 짜릿함 때문에 포기할 수 없는 것 같다.
골절사고에 대처할 수 있는 새로운 골이식 대체제가 개발되었다. 경북대학교의 골재생 치료 연구팀은 공급량이 한정적이지 않고, 인체거부반응이 없으며, 생체 역학적인 안정성을 유지할 수 있는 새로운 생체활성물질을 개발했다고 밝혔다.
인체에는 크고 작은 뼈, 약 200개 정도가 있으며 뼈는 근육과 힘줄로 단단하게 연결되어 폐, 심장, 뇌 주변에 둘러싸여 있어 뼈대로서 중요 장기를 보호해 주며, 혈액을 만들 수 있는 중요한 역할을 담당한다. 하지만 외부의 힘으로 뼈가 부러지게 되면 어떠한 뼈, 횡형, 사선현, 나선형 등의 뼈에 골절로 발생해 통증 및 압통, 정상 기능의 상실, 부종, 그리고 이 외의 여러 가지의 증상이 나타난다.
골절을 치료하기 위해 기존에 주로 사용되던 방법은 여러 가지가 있다. 꽤 심각한 골절을 치료하는 방법은 예를 들면, 동종골 이식, 탈회골기질 등의 이식하는 방법과 인공적인 합성골 재료 사용으로 나누어져 있다.
대표적으로 동종골 이식은 다른 사람의 뼈 (기증자 또는 사체)를 채취해 보관해 두어 사용하는 방법이다. 기존의 뼈가 으스러지거나 큰 부분이 회복 불가능하다고 판단이 난다면 그 특정 부위의 뼈를 잘라 교체해 시간이 지날수록 줄기세포를 통해 뼈가 다른 뼈와 붙고 피 재생을 원활하게 만든다. 하지만 이러한 골재생 치료는 채취량의 한계가 있으며, 자가골 이식에 비해 골유합 능력이 떨어지기 때문에 감염 전달의 위험도 있다. 또, 공여부위의 새로운 골절, 출혈, 수술 후 통증 같은 또 다른 증상 발생 가능성도 크다는 단점이 있다.
이어서 다른 예는 인공적인 합성골 재료를 사용하는 치료법도 사용되고 있다. 이는 수산화인회석(Hydroxyapatite) 또는 삼인산칼슘(Tri-calcium phosphate) 등의 세라믹을 만들어 인공 뼈를 만들어 투입하는 방법인데 비용이 싸고 감염의 위험이 없다. 그렇지만 자가골과 비교하였을 때, 재생 능력이 매우 부족하다는 단점이 있다. 전체적으로, 공급량이 제한적이지 않고, 감염이나 인체거부반응이 일어나지 않으며, 생체 역학적인 안정성을 유지해야 된다는 세 가지의 중요한 조건들을 갖추고 있는 치료제가 없다.
이번에 발표한 골재생 치료제는 골형성 촉진 생리활성물질인 골형성 단백질, 인체 결합조직 단백질인 콜라겐, 그리고 생체 흡수성 고분자 소재(PLLA)를 결합하여 만들었다.
첫 번째로 언급된 골형성 단백질은 현재 FDA에서 승인을 받은 상태로, 지금까지 의료계에서 사용되었던 물질 중에 뼈의 재생을 제일 빠르게 이뤄낼 수 있었던 성분이 들어있다. 평소 이 물질을 사용할 때에는 가루 형태로, 식염수 같은 또 다른 액체와 섰어 사용해 손상된 뼈부위가 바르는 형식으로 사용되었다. 그렇지만 두 물질의 배합 과정을 빠르게 수술실에서 진행해야 되며 시간소모가 크고, 배합한 이후로 단백질의 구조가 시간이 지날수록 변형되기 때문에 뼈에 적용을 해도, 완전히 효과적인 결과를 볼 수 없는 경우가 있다. 이어서, 두 번째와 세 번째로 공개한 물질, 콜라겐과 바이오폴리머 등의 성분을 겹겹이 쌓아 만들어, 단백질 보관이 더 오랫동안 방출되고 보관이 편리하게 만들 수 있게 됐다.
밑에 있는 사진처럼, 적층구조로 고분자를 구성해 놓으므로 물질이 다른 액체와 섞여도 반응이 오래 지속되고 더 빠르게 일어날 수 있어, 뼈가 원상 복구하는 데에, 이전 골이식에 쓰였던 치료보다 내용물이 더 가득 차고, 전체적으로 꼼꼼히 구성돼 있다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 경북대 연구팀은 이번 새로 개발한 골이식 대체제 사용의 안정성을 고려해서 바이오폴리머, 바이오 플라스틱 제작에도 포함된 실물성 고분자 화합물을 사용해 뼈에 콜라겐 같은 영양분을 더 빠른 속도로 전달할 수 있다고 밝혔다. 그리고 이 물질을 3D 프린팅을 사용해 사람의 골 두께, 길이, 모양을 말 맞게 개인 제작을 할 수 있는 부분도 큰 장점이다.
실제로 이 물질의 효과를 테스트해 보기 위해 살아있는 토끼 실험을 해봤다. 자뼈가 부러진 한 토끼는 기존에 사용되던 다공성 구조의 3D 생체 흡수성 고분자 소재(PLLA/Collagen/Alg-ca) 지지체 (이미지 두 번째 박스, 밑에)를 사용해서 장기간의 시간 동안 적용했다. 두 번째 토끼는 같은 손상부위인 자뼈에 (PLLA/Collagen/Alg-ca/BMP) BMP까지 포함되어 있는 물질을 골절 주위에 썼다. 결과적으로, 첫 번째 토끼는 100 정도의 BMO였는데, 두 번째는 뼈 재생의 속도가 BMO 이였으므로, BMP포함되어 있는 신대체제가 1/3 정도 더 빨리 회복했다.
하지만 FDA 승인 단계, 생물학적 안정성 시험과 임삼시험 등의 몇 개의 실험을 통과하기를 기다리고 있다.
전체적으로, 이번 발표한 차세대 골이식 대체제는 다방면에서 유용하게 적용할 수 있는 연구이다. 노인성 골절에서, 골형성 부전증 같은 선천성 희귀 난치성의 치료법을 만드는 데에도 연구가 쓰일 수 있을 것으로 보인다.
