뼈는 단단한 데다 표면도 고르지 않다. 골 재생을 돕기 위해 전기 자극을 가하더라도 전극이 뼈에 제대로 밀착하지 못하면 안정적으로 자극을 전달하기 어렵다.
이런 한계를 줄이기 위해 뼈의 굴곡을 따라 밀착하는 얇고 유연한 ‘나노메시 바이오전극’이 개발됐다. 토끼 두개골의 골 결손 부위에 적용한 결과, 대조군보다 골밀도와 골부피가 높았다.
수원나누리병원 척추센터 김경태 원장은 이 연구로 지난 5일 차바이오컴플렉스에서 열린 ‘제17회 대한척추기초연구회 정기학술대회’에서 우수상을 받았다.
김 원장은 올해 국제학술지 《어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈(Advanced Healthcare Materials)》에 발표된 이번 연구의 공동 교신저자다. 대구경북과학기술원(DGIST), 경북대병원, 서울대 의대, 분당차병원 등의 연구진이 참여했다.
울퉁불퉁한 뼈에도 밀착⋯접착력 최대 7.3배 높아
전기 자극은 골 재생을 돕는 방법으로 연구돼 왔다. 하지만 단단하고 표면이 불규칙한 뼈에서는 전극이 충분히 밀착하지 못하거나 움직이면서 접촉이 불안정해질 수 있다.
연구진은 고분자를 미세한 그물망 형태로 만든 나노메시 삽입형 전극을 개발했다. 얇고 유연해 뼈 표면의 굴곡을 따라 밀착할 수 있도록 설계했다.
시험 결과 옆으로 밀릴 때의 접착력은 2.9배, 표면에서 떨어질 때는 7.3배 높아졌다. 미세한 그물망 사이로 조직이 자라면서 전극이 제자리를 유지하는 데도 도움이 됐다.
8주간 삽입한 뒤 살펴본 조직 변화도 기존 폴리이미드 필름형 전극보다 적었다. 나노메시 전극이 주변 조직의 움직임을 따라가면서도 밀착 상태를 유지할 가능성을 보여주는 결과다.
토끼 골결손서 골밀도 15%·골부피 25% 높아
연구진은 토끼 두개골에 골 결손을 만든 뒤 나노메시 전극으로 전기 자극을 가해 골 재생 효과를 살폈다.
그 결과 전기 자극을 받은 토끼는 대조군보다 골밀도가 15%, 골부피가 25% 높았다. 연구진은 이 전극이 장기간 골 재생을 돕는 삽입형 바이오전극으로 발전할 가능성이 있다고 봤다.
다만 이번 연구는 토끼를 대상으로 한 전임상 연구다. 사람에서도 같은 골 재생 효과가 나타나는지, 장기간 안전하게 사용할 수 있는지는 추가 연구가 필요하다.
김경태 원장은 “이번 연구를 바탕으로 보다 안정적이고 효과적인 골 재생 치료 방법을 찾기 위한 연구를 이어가겠다”고 말했다.
