가톨릭대, 골육종 치료·뼈 재생 촉진 생체소재 개발

가톨릭대학교는 바이오메디컬화학공학과 이현 연구교수와 한기남 박사과정생 연구팀이 고려대 신소재공학부 강희민 교수, 한양대 신소재공학부 정현도 교수와의 공동연구를 통해 골육종 치료와 뼈 재생 촉진 효과가 있는 맞춤형 테라제너레이티브(Thera-generative) 생체소재를 개발했다고 17일 밝혔다.

골육종은 뼈가 급속히 성장할 때 발병하는 악성 종양이다. 주로 아동이나 청소년기에 발병한다. 암세포가 혈액을 통해 폐나 간으로 전이돼 재발률이 높은 편이다. 하지만 주로 사용되는 약물 치료법은 약물의 체내 잔류 효과가 작고 필요한 위치에 정확하게 약물을 전달하는 게 어려우며 약물 내성 위험까지 큰 것으로 알려져 있다. 수술도 암세포를 완전히 제거하기 매우 힘들고 외부 감염 위험이 커 치료에 어려움이 컸다.

이에 연구팀은 골육종 제거 수술 후 그 위치를 채우는 동시에 외부 자극으로부터 암의 재발과 감염을 억제하고 골 재생까지 촉진하는 생체소재 개발에 나섰다.

연구팀은 생분해성 고분자인 PLA(폴리 유산)에 조직 재생 능력에 탁월한 인체 뼈의 구성물질인 하이드록시아파타이트(HAp)를 나노 스파이크 형태로 코팅한 마그네슘 입자(nMg)를 섞어 만든 생체소재 필라멘트를 3D 프린팅했다. 이후 뼈의 재생 속도를 높이기 위해 DNA 제제와 폴리도파민을 융합한 DNA(aDNA)를 추가하며, 신개념 테라제너레이티브 생체소재를 완성했다. 테라제너레이티브는 치료(Therapy)와 재생(Regenerative)의 합성어다.

실험 결과 테라제너레이티브 생체소재는 골육종 치료는 물론 뼈 재생력을 높이는 데 탁월한 효과가 있는 것으로 나타났다. 물리적 강도가 우수하며 광열 특성을 갖춘 nMg 입자 덕분에 광열 치료에서 암세포 사멸과 항균 효과, 종양 형성 억제 성능이 높게 확인됐다. 조골세포와 혈관내피세포를 활용한 실험에서도 테라제너레이티브 생체소재는 다른 실험군보다 250% 높은 조직 재생 성능 향상 결과를 보였다. 동물 실험 결과에서는 신생골 형성 정도가 크게 향상하고, 골조직 형성 관련 인자(BMP-2, ALP, OCN)와 혈관 재생 인자(CD31), 면역반응 인자의 발현도(TGF-β)가 크게 상승하는 것으로 나타났다.

이번 연구 결과는 재료·응용 분야 국제 저명 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 실렸다.

이현 연구교수는 "치료와 재생 능력을 동시에 확보할 수 있는 생체소재를 개발하게 됐다"며 "실제 임상에 적용되면 환자 부담을 크게 줄여 사회적 의료비용 감소에도 도움 될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 창의도전연구지원사업, 개인기초연구지원사업, 해양수산부의 수산배양육생산기술개발 사업, 과학기술정보통신부와 보건복지부의 범부처재생의료기술개발사업의 지원을 받았다.