박해관 가톨릭대 은평성모병원 신경외과 교수, 전흥재 의생명과학교실 교수팀이 세포가 잘 자라고 뼈가 자라날 수 있도록 돕는 고기능성 생체재료 플랫폼을 개발했다.

연구팀은 분해성 고분자인 폴리-L-젖산(poly L-lactic acid, PLLA)의 표면을 생체 모사 방식으로 개질해 세포 접착력과 생체친화성을 향상시키는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 골조직 재생을 포함한 다양한 조직공학 기반 치료 플랫폼에 폭넓게 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 

PLLA는 생체 내 분해가 가능해 차세대 정형외과용 소재로 주목받고 있으나, 표면의 소수성으로 인해 세포 부착성이 낮고, 신생 뼈 형성이 지연되는 한계가 있었다. 

이를 해결하기 위해 연구팀은 PLLA 표면에 인산기(phosphate group)를 도입할 수 있는 생체 친화 코팅물질(PMPC)를 결합하고, 이를 통해 인공 미네랄화(HCA; hydroxycarbonate apatite)를 유도했다.

연구팀은 이 개질된 PLLA-PMPC 표면을 체액 유사액(SBF)에 침지(浸漬, 액체에 담가 적심)해 14일간 미네랄화를 유도했고, 이후 표면에 자연골과 유사한 HCA 결정이 형성됨을 확인했다. 이 구조는 세포외기질 단백질 중 하나인 파이브로넥틴(fibronectin) 흡착을 유도하며, MG-63 세포(인간 골육종 유래 세포)의 부착 및 증식을 현저하게 향상시켰다. 

또 HCA가 형성된 PLLA-PMPC 표면에서는 세포 부착을 매개하는 인자들의 발현이 크게 증가했고, 세포 증식 관련 신호전달 체계도 활성화됐다. 이로 인해 MG-63 세포의 증식률이 기존 PLLA 대비 유의미하게 증가한 것으로 나타났다.   

박해관 교수는 “이번 연구는 생체적합성 고분자에 표면 미네랄화를 유도해 세포 친화적인 환경을 조성할 수 있는 전략을 제시한 것으로, 골조직 재생을 포함한 다양한 조직공학 치료 플랫폼에 응용될 수 있다”며 “이식 관련 연구를 현재 산업자원부 바이오산업기술개발사업의 하나로 수행 중”이라고 말했다.

이번 연구는 ‘Investigation on biomimetic mineralization and its effect on MG-63 cell behavior on poly L-lactic acid surfaces through poly (2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) conjugation’라는 제목으로 SCIE급 저널인 ‘Journal of Industrial and Engineering Chemistry’(Impact factor: 5.9) 5월호에 게재됐다. 두 명의 교수는 교신저자로 참여했다.