[데일리비즈온 김소윤 기자] 국내 연구진이 뼈질환 치료를 위해 쓰이는 임플란트가 유발하는 부작용(염증)을 없애기 위해 활용되는 인공뼈 코팅을 3배 이상 단단하게 유지하는 기술을 개발했다. 코팅에 드는 시간도 기존 하루에서 한 시간 내로 줄였다.

 ◇ 염증 없고 잘 붙는 ‘인공뼈’  

한국과학기술연구원(KIST)는 이 대학 전호정 생체재료연구센터 책임연구원팀이 생체 이식용 재료 표면에 기존 대비 3배 이상 단단하게 달라붙는 세라믹 인공뼈 코팅 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

고령화로 각종 골질환이 늘어나면서 치료를 위한 치과나 정형외과용 임플란트 사용 추세가 늘고 있다. 임플란트는 체내 뼈 조직과 빠르게 결합하지 않으면 헐거워거나 염증이 생기는 등의 부작용이 있다.

빠른 결합을 위해 뼈와 같은 성분의 세라믹 소재인 ‘하이드록시아파타이트’와 같은 인공뼈를 임플란트에 코팅하는 방법이 사용된다. 하지만 코팅하는 데 열처리와 스프레이 공정 등 복잡한 과정을 거지면서 하루 이상이 걸린다는 문제가 있었다.

연구팀은 복잡한 공정 대신 나노초 레이저 장비 하나만으로 한 시간 내로 인공뼈를 임플란트 전체에 코팅하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 칼슘과 인 성분을 넣은 용액에 임플란트를 넣은 후 레이저를 쪼이는 공정을 이용했다.

◇ 3배 이상 결합강도 높여

연구팀이 개발한 레이저 코팅기술은 나노초 레이저를 티타늄 임플란트 표면에 쪼면 온도가 1000도 이상으로 높아져 티타늄이 녹는 것과 동시에 칼슘과 인산 이온이 합쳐지면서 하이드록시아파타이트를 형성한다. 티타늄은 다시 굳으면서 하이드록시아파타이트와 더욱 단단하게 결합하게 된다는 설명이다.

온도를 높이는 과정에서 임플란트도 녹은 후 다시 굳기 때문에 코팅 결합력이 기존 기술보다 3~4배 높아지는 것으로 나타났다. 나사 모양의 임플란트는 나사를 돌려 고정하는 과정에서 코팅이 상당수 벗겨지는 것과 달리 연구팀의 임플란트는 나사를 체결한 후에도 인공뼈 코팅이 남아있는 것으로 나타났다.

연구팀 관계자는 “골융합을 필요로 하는 다양한 의료기기로 확대 적용이 가능할 것으로 본다”고 말했다.

앞서 약물을 넣어 염증 부작용을 줄일 인공뼈도 개발됐다. 지난해 한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소 주조공정그룹, 성형기술그룹, 표면처리그룹 연구진은 티타늄 합금 재질의 인공뼈 내부에 많은 기공을 만든 뒤 그 속에 다양한 약물을 넣어 뼈이식 수술 부작용을 줄인 ‘약물 방출형 다공성 임플란트’ 제조기술을 개발했다.

◇ 의료용 기기 등에 적용

연구팀은 전자기유도장치와 수소플라스마 기반의 연속주조 방식으로 티타늄 합금 잉곳을 만드는 방법을 개발해 제조 원가를 절반 가까이 줄여 경제성을 높였다. 또 물을 얼리면 얼음 속에 기포가 만들어지는 원리를 이용한 동결주조 방식으로 실제 사람 뼈와 비슷한 다공 구조를 형성했다.

아울러 꿈의 신소재로 불리는 그래핀 소재의 에어로겔과 밀착력이 좋은 하이드로겔을 인공뼈 표면에 복합 코팅해 약물이 장기간에 걸쳐 서서히 효과를 발휘할 수 있도록 하는 표면처리 기술도 개발됐다.

이렇게 개발된 인공뼈는 실제 뼈를 착안해 만들어 기공이 많이 형성돼 있다. 여기에 항염증제, 골형성 촉진 단백질, 줄기세포 등 뼈 생성에 필요한 약물을 주입할 수 있게 했는데 인공뼈 기공 속에 있는 약물들은 수술 이후 10일에 걸쳐 일정한 비율로 서서히 방출되면서 수술 부위 염증을 억제해주는 한편 인공뼈가 주변 조직과 빠르게 결합할 수 있도록 돕는다는 설명이다.

연구팀에 따르면 이 기술의 상용화를 위해 주조 공정기술은 기업에 우선 이전한다. 또 소성가공과 표면처리 기술은 대학병원과 함께 2020년부터 3년간 임상시험을 진행한 뒤 이전할 방침이다.