가톨릭대, 골육종 치료와 뼈 재생 촉진 동시에 잡는다

[이데일리 이순용 기자] 가톨릭대(총장 원종철) 바이오메디컬화학공학과 이현 연구교수와 한기남 박사과정생 연구팀이 고려대 신소재공학부 강희민 교수, 한양대 신소재공학부 정현도 교수와의 공동연구를 통해 골육종 치료와 뼈 재생 촉진 효과를 동시에 가진 맞춤형 생체소재 ‘테라제너레이티브(Thera-generative) 생체소재’를 개발했다.

가톨릭대학교 연구팀이 고려대, 한양대 연구팀과의 공동연구를 통해 뼈 조직 치료와 재생 촉진을 동시에 갖춘 신개념 생체소재 ‘테라제너레이티브 생체소재’를 개발했다.

골육종은 뼈가 급속히 성장할 때 발병하는 악성 종양으로, 주로 아동이나 청소년기에 발병하며 암세포가 혈액을 통해 폐나 간으로 잘 전이가 돼 재발률이 높은 편이다. 하지만 현재 주로 사용되고 있는 약물 치료법은 약물의 체내 잔류 효과가 작고 필요한 위치에 정확하게 약물을 전달하는 것이 어려운데 약물 내성 위험까지 큰 것으로 알려져 있다. 골육종 제거 수술로 종양을 제거할 때도 암세포를 완전 제거하기 매우 힘들고 외부 감염의 위험이 높아 치료에 어려움이 컸다.

이러한 기존 골육종 치료의 한계를 극복하기 위해 가톨릭대 이현·한기남 연구팀이 골육종 제거 수술 후 그 위치를 채우는 동시에 외부 자극으로 암의 재발 및 감염을 억제하고 골 재생까지 촉진하는 생체소재 개발에 나섰다.

연구팀은 생분해성 고분자인 PLA(Polylactic acid)에 조직 재생 능력에 탁월한 인체 뼈의 구성물질인 하이드록시아파타이트(HAp)를 나노 스파이크 형태로 코팅한 마그네슘 입자(nMg)를 혼합하여 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(Therapy의 Thera)와 재생(Regenerative의 generative)의 합성어다.

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

이번 연구 결과는 재료 및 응용 분야의 국제 저명 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF:18.5, JCR:4.2%)에 게재되며 우수성을 인정받았다.

가톨릭대 바이오메디컬화학공학과 이현 연구교수는 “기존에는 골육종 치료와 재생을 목적으로 각각 사용되던 생체소재의 한계를 넘어, 치료와 재생 능력을 동시에 확보할 수 있는 테라제너레이티브 생체소재를 개발하게 됐다”며 “이번에 개발한 생체소재가 실제 임상에 적용되면, 환자의 부담을 크게 경감해 사회적 의료비용 감소에도 도움될 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 창의도전연구지원사업, 개인기초연구지원사업, 해양수산부의 수산배양육생산기술개발 사업, 과학기술정보통신부와 보건복지부의 범부처재생의료기술개발사업의 지원으로 진행됐다.