티타늄을 실제 뼈와 비슷한 형태로 만들어 이식...2020년부터 임상시험 실시

약물이 포함돼 염증 발생 확률을 줄인 인공뼈를 국내 연구진이 개발했다.

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 개발했다고 11일 밝혔다.

골절 사고가 나면 일반적으로 석고붕대로 깁스를 하지만 심각한 경우에는 티타늄 합금으로 만든 인공뼈를 이식하는 임플란트 수술을 한다. 문제는 수술 도중 인공뼈인 티타늄 표면이 오염되거나 부식돼 이식 부위에 염증이 발생하는 경우 인공뼈가 뼈 조직과 결합되지 않아 실패하는 경우가 자주 생긴다.

연구팀은 전자기유도장치와 수소플라스마 기반의 연속주조 방식으로 티타늄 합금 잉곳을 만드는 방법을 개발해 제조 원가를 50% 가까이 줄이는데 성공했다. 또 물을 얼리면 얼음 속에 기포가 만들어지는 원리를 이용한 동결주조 방식으로 실제 사람 뼈와 비슷한 다공 구조를 만들기도 했다.

이와 함께 그래핀 소재의 에어로겔과 밀착력이 좋은 하이드로겔을 인공뼈 표면에 복합 코팅해 약물이 장기간에 걸쳐 서서히 효과를 발휘할 수 있도록 하는 표면처리 기술도 개발됐다.이렇게 개발된 새로운 인공뼈는 실제 뼈를 흉내내 기공이 많이 형성돼 있어 여기에 항염증제, 골형성 촉진 단백질, 줄기세포 등 뼈 생성에 필요한 약물을 주입할 수 있게 했다. 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 도와준다.

이번에 개발한 인공뼈는 무릎, 대퇴부, 턱 등 다양한 부위의 탄성까지 정밀하게 반영해 제작할 수 있기 때문에 인공뼈 이식 후 아랫쪽 뼈가 약해지는 문제도 해결했다.

연구팀은 상용화를 위해 주조 공정기술은 기업에 우선 이전한 뒤 소성가공과 표면처리 기술은 대학병원과 함께 2020년부터 3년간 임상시험을 진행한 뒤 이전할 계획이라고 밝혔다.

김현종 생산기술연구원 수석연구원은 “이번 기술은 순수한 국내 기술을 바탕으로 전량 수입에 의존해왔던 제조공정을 효율화 및 국산화시키는데 성공했다는데 의미가 크다”며 “정형외과용 뿐만 아니라 혈관확장시 사용되는 스텐트, 인공장기, 바이오센서 등 다양한 바이오헬스 분야에 광범위하게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr