공과대학-치과대학 공동연구 성과 국제 학술지 게재

공과대학 홍진기 교수, 치과대학 차재국·최성환 교수

[사진. (왼쪽부터) 홍진기 교수, 차재국 교수, 최성환 교수]

공과대학과 치과대학이 추진하고 있는 공동심포지엄 및 공동연구 지원의 성과가 지난 3월 국제 학술지에 게재됐다. 공과대학 화공생명공학과 홍진기 교수와 치과대학 치주과학교실 차재국 교수, 그리고 홍진기 교수과 치과대학 교정과학교실 최성환 교수의 공동연구 성과이다. 이들은 2018년 공대-치대 공동심포지엄에서 처음 만나 연구 교류를 시작한 것으로 알려져 교내 단과대학 간의 공동연구 우수 사례로 주목받고 있다.

홍진기·차재국 교수, 골 대체제 개질을 통한 성장인자 방출 조절 플랫폼 개발

홍진기 교수와 차재국 교수의 공동연구 성과는 3월 29일(현지시간) 생체재료 분야 국제 학술지 ‘바이오머터리얼스(Biomaterials, IF 10.317)’에 게재됐다.

임플란트는 골 대체제인 BCP(Biphasic Calcium Phosphate)를 사용해 시술을 진행한다. 시술 직후 치유 효율을 높이기 위해 BMP(Bone Morphogenetic Protein)와 같은 성장인자를 시술 시 함께 사용하는데, 성장인자 용액에 골 대체제를 담가 사용하는 것은 FDA에 승인된 방법이지만 골 대체제로부터 방출된 성장인자가 제어되지 않은 상태로 상처 조직에 흡수될 수 있다는 우려가 존재한다. 또한 대부분의 성장인자가 이식 후 1일 이내에 급격하게 방출돼 골세포의 증식 및 분화의 역치 수준을 유지하기 어려울 뿐만 아니라 심한 부종과 같은 임상적 합병증이 유발될 수 있다. 따라서 성장인자의 초기 방출을 억제시키고 이후 뼈 형성 단계에 방출을 유발시킬 수 있는 골 대체제의 개발이 필요하다.

홍진기·차재국 교수팀은 공동연구를 통해 성장인자의 방출을 조절할 수 있는 플랫폼을 개발했다. 골 대체제인 BCP에 졸-겔 반응과 층과 층 적층법을 활용해 천연고분자가 포함된 다층박막을 화학적으로 결합시켜 성장인자인 BMP의 방출을 조절했다. BMP의 방출 속력을 2배 늦춰 기존 방법의 단점인 임상적 합병증을 유발시키지 않았으며, 또한 골세포의 증식 및 분화가 필요한 시기에는 BMP의 방출을 유도해 골 형성에 도움을 주었다. 특히, 기존의 방법에 비해 극히 낮은 농도의 성장인자에서도 임상적 합병증 없이 골 형성 효과가 있음을 확인했다.

홍진기 교수는 “BMP의 초기 과다 방출을 감소시켜 뼈 형성 단계에서 염증을 유발하지 않아 임상 사용을 용이하게 한다.”며 “개발한 플랫폼은 BMP에만 국한되지 않고 다양한 성장인자에 활용될 수 있다.”고 연구의 의의를 밝혔다.

한편, 홍진기 교수와 차재국 교수는 2018년 공대-치대 공동심포지엄에서 처음 만나 연구 교류를 시작했고 이후 2019 공과대학-치과대학 공동연구비 과제를 통해 본격적인 공동연구에 돌입했다. 본 연구성과는 공과대학-치과대학 공동연구비 과제의 결과물이다.

논문정보

● 논문제목: Programmed BMP-2 release from difunctionalized biphasic calcium phosphates for optimal bone regeneration

● 논문주소: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961221001411

홍진기·최성환 교수, 고분자 거동 조절을 통한 방오성 치과 재료 구현

홍진기 교수와 최성환 교수의 공동연구 성과는 3월 26일(현지시간) 나노 과학 분야 국제 학술지 ‘ACS 나노(ACS Nano, IF 14.588)’에 게재됐다.

향상된 의료 수준은 일반인들에게 보다 친숙해진 의료기기 삽입 수술로 대표될 수 있다. 하지만, 삽입형 의료기기에 의한 감염 의료 사고 또한 매년 증가하고 있다. 이에 따라 의료기기 표면을 기능화해 방오(Antifouling) 성능을 부여하는 기술은 보다 안전한 의료 환경을 확립하기 위해 절실하다. 폴리에틸렌글리콜 등의 방오성 고분자는 실험실 수준에서는 매우 우수한 방오 효능을 보이지만, 체내 환경에서는 이온에 의한 ‘전해질 효과(polyelectrolyte effect)’가 발휘돼 방오 효과를 기대할 수 없다. 

공동연구팀은 본 연구에서 ‘반전해질 효과(antipolyelectrolyte effect)’를 위한 양쪽성 고분자 설계 전략 확립과 구현을 통해 구강 환경에서 향상된 방오 성능을 검증했다.

특히, 반전해질 효과는 이온에 의해 발휘되면 물과 결합하는 능력(수화 능력)이 향상되는 양쪽성 고분자만의 독특한 거동이다. 본 연구에서는 특수 거동에 대한 열역학적 검증을 통해 단량체, 고분자 수준의 설계 전략을 확립했다. 또한, 전임상실험(중동물의 교정 모델)에 도입한 결과, 1주일간 매우 우수한 방오 효과를 보여 대조군 대비 80% 억제된 균층 형성을 보였다.

수막 형성은 약물 전달 과정에서 체내 면역 기작을 회피하기 위한 대표적 접근법이다. 이에, 체내 환경에서 수막이 증가하는 반전해질 효과의 특별한 거동은 방오 성능뿐만 아니라 약물 안정성 향상에도 적용 가능한 잠재력이 높은 기술이다.

한편, 홍진기 교수와 최성환 교수는 2018년 공대-치대 공동심포지엄에서 처음 만나 연구 교류를 시작한 이후 함께 산업통상자원부 과제 수주, 정기적 연구 미팅 등을 이어오고 있으며 2021년 공과대학-치과대학 공동연구비 과제를 시작해 공동연구에 박차를 가하고 있다.

논문정보

● 논문제목: Reverse Actuation of Polyelectrolyte Effect for In Vivo Antifouling

● 논문주소: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.0c10431