연세치대 치주과학교실 차재국·정의원 교수와 연세대 공과대학 화공생명공학과 홍진기 교수 연구팀이 임플란트 식립 시 합병증을 크게 줄이면서 치조골 재생 능력을 높일 수 있는 방법을 찾아냈다. 연구결과는 고령의 환자 등 치조골 재생이 적절하게 이뤄지지 않아 임플란트 식립에 어려움을 겪는 많은 환자에게 도움이 될 것으로 기대된다. 이번 ‘순차적 골형성단백질 방출을 통한 치조골 재건(Programmed BMP-2 release from biphasic calcium phosphates for optimal bone regeneration)’ 연구는 생체 재료의 연구 및 응용 분야를 다루는 최상위 저널인 ‘BIOMATERIALS’에 게재됐다. 

고령화 사회로 진입하면서 노인 및 전신 질환을 가진 환자들의 치과 임플란트 수요가 급격히 늘어나고 있다. 이 환자들은 치조골 소실로 임플란트 식립과 함께 치조골 이식술이나 상악동 거상술을 동반해야 하는 경우가 대부분이다. 하지만 고령에 전신 질환까지 있는 경우에는 상처 치유 능력이 떨어져 치조골 재생이 잘 이뤄지지 않고, 따라서 임플란트 식립 후 완성까지 시간이 오래 걸린다. 

이를 극복하기 위해 2000년대 들어 임플란트 치료에 성장인자의 사용이 시도됐는데, 그 중 전임상시험에서 가장 효과적이었던 제2형 골형성단백질(BMP-2)이 FDA 승인 이후 임플란트 주위 치조골 재생술에 주로 사용돼 왔다. 하지만 성공적인 전임상시험과는 달리 실제 임상에선 심한 부종과 통증, 비특이적 골형성과 같은 술 후 합병증이 높은 빈도로 발생했다. 고농도, 고용량의 성장인자가 빠른 속도로 일시적으로 방출되는 것이 합병증의 주요 원인으로 지목됐고, 이에 따라 성장인자의 방출 시기와 속도 및 용량을 정교하게 조절하는 연구가 필요해졌다.
연구팀은 이같은 문제를 해결하기 위해 ‘나노 코팅 기술’을 적용했다. 특히 염증 반응이 일어나는 술 후 2~3일 동안은 성장인자가 방출되지 않다가 그 이후부터 오랜 기간 점진적으로 방출되도록 프로그램화 하는 기술을 연구했다. 실제 임상에서 사용하는 합성골 이식재 표면에 유기 실리케이스를 씌우고, 성장인자 탑재 후 내츄럴폴리머(natural polymer) 기반 다수의 적층 필름을 사용해 코팅한 것.

이를 통해 연구팀은 의도했던 대로 '생체 외(in vitro) 환경 모델에서 성장인자가 초기에 급격히 방출되는 것을 막고, 속력을 2배 늦춰 순차적으로 방출되도록' 하는 데 성공했다.
동물 실험에서도 향상된 골 재생 효과가 증명됐다. 특히 임상에서 사용하는 성장인자 농도의 약 1%에 해당하는 0.01mg/ml을 활용해서도 골 재생 효과를 극대화 할 수 있음을 증명해 냈는데, 수직적 골 결손부 모델과 같은 뼈가 만들어지기 아주 어려운 부위에서도 효과를 확인했다.

연세대 치대와 공대 간 공동연구로 얻은 이번 연구 결과를 이용하면 ‘인공뼈에 탑재된 성장인자 방출의 프로그램화를 통해 임플란트와 치조골 재생술의 효과를 극대화 하고, 심한 부종이나 통증 등 합병증도 확연히 줄일 수 있을 것'으로 기대된다. 특히 고령 환자, 당뇨와 같은 전신 질환을 가지고 있는 환자들에게 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 연구팀은 예상했다.

차재국 교수는 연구 결과의 활용과 관련 “성장인자의 초기 과다 방출을 감소시켜 뼈 형성 단계에서 염증을 유발하지 않아 임상 사용이 용이하다”면서 “개발한 플랫폼은 BMP에만 국한되지 않고 다양한 성장인자에 활용될 수 있다”고 설명했다.
이번 연구는 한국연구재단, 산업통상자원부, 연세대 치과대학의 지원으로 수행됐다.