홍진기 교수팀, 잇몸과 뼈를 동시 재생하는 치과용 멤브레인 개발

건강한 미생물 군집을 유도해 치주 조직 재생 속도 큰 폭으로 높여

미생물을 활용한 재생 메커니즘, 고령 환자 치료에 효과 기대

[사진 1. (왼쪽부터) 홍진기 교수, 최성환 교수, 차재국 교수, 최우진 박사과정생(공동 제1저자), 망갈 우트카르쉬(Mangal Utkarsh) 박사(공동 제1저자)]

공과대학 화공생명공학과 홍진기 교수 연구팀은 치과대학 최성환, 차재국 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 잇몸과 뼈의 재생 속도를 동시에 향상시킬 수 있는 치과용 차폐막(Occlusive Membrane, 이하 멤브레인)을 개발했다.

일반적으로 치아 손실, 발치 또는 임플란트 후 잇몸과 뼈를 구분해 각 조직을 선택적으로 재생시키기 위해 골유도재생술(Guided Bone Regeneration)을 사용한다. 골유도재생술이란 세포별 증식 속도 차이를 고려해, 뼈세포 이외의 세포가 결손 부위에 들어오지 못하도록 차단해 뼈세포만 증식될 수 있도록 하는 기술이다. 이때 각 조직 재생 경계면에 차단막인 멤브레인을 이용하는 것이 이 기술의 핵심이다. 그러나 멤브레인은 우리 구강에 공생하는 다양한 미생물에 의해 쉽게 오염돼 오히려 치주 조직 재생을 방해하는 문제가 있다.

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 치아 가장 바깥층인 법랑질(Enamel)이 물리적으로 미생물 오염을 방어하는 특성에 착안해, 법랑질의 주성분인 고밀도 수산화인회석(Hydroxyapatite)을 포함하는 멤브레인을 개발했다.

개발된 멤브레인을 활용해 심하게 감염된 구강 조직에 골유도재생술을 적용한 결과, 잇몸과 뼈를 동시에 재생시키는 이상적인 치료 성과를 도출했다. 또한, 사람 침에 존재하는 미생물 중 건강한 미생물만 선택적으로 성장시키는 결과를 보였으며 이는 중동물 실험을 통해서도 확인했다. 

이와 함께, 연조직과 경조직을 성공적으로 재생하는 데 새롭게 개발한 멤브레인 기술이 효과적임을 확인하고, 건강한 미생물 환경이 인체 조직 재생에 핵심 요소임을 밝혔다.

[사진 2. 법랑질 모사 멤브레인의 구강 미생물과의 건강한 소통과 그에 따른 치주 조직 재생 촉진 대표 결과]

홍진기 교수는 “이번 연구는 생물학적 마이크로바이옴 분석과 공학적 재료 설계를 융합해 수산화인회석의 신규 생체 활성 기능을 최초로 발견한 우수한 융합 연구 결과물”이라고 평가하며, “미생물 정상화를 통해 재생을 유도하는 메커니즘이 상태가 악화된 환자 혹은 고령 환자에게도 효과적일 것으로 기대돼 연세대 치과대학병원과 임상 연구를 기획 중”이라고 덧붙였다.

본 연구는 한국연구재단, 국방기술진흥연구소, 한국산업기술평가, 한국산업기술평가관리원, 한국보건산업진흥원, 우리 대학교 IPY 지식융합 시드 그랜트(Seed Grant) 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 재료 분야 국제 최고 권위 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 16.6)’에 11월 24일 게재됐다.

논문정보

● 논문제목: Occlusive membranes for guided regeneration of inflamed tissue defects

● 논문주소: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43428-3