신규 열가소성 생체소재, 체내 분해 속도와 기계적 물성 정밀 제어 가능... 의료용 응용 확대

영국 버밍엄 대학교(University of Birmingham)와 미국 듀크 대학교(Duke University) 연구진이 체내 분해 속도와 기계적 성능을 독립적으로 제어할 수 있는 새로운 열가소성 폴리에스터를 개발했습니다. 이 소재는 연조직 복구와 유연 바이오일렉트로닉스에 맞춤화되어 있습니다.

자연 조직의 탄성과 강도를 맞추면서 임상적으로 적절한 속도로 분해되는 생체소재를 구현하는 것은 매우 어려운 과제입니다. 기계적 탄력성을 부여하는 화학이 분해 동역학을 결정하는 경우가 많기 때문입니다.

연구팀은 숙신산(succinic acid, 자연 발생 대사산물)을 도입해 분해 속도를 미세 조정하는 레버로 활용할 수 있음을 입증했습니다.

네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 발표된 연구에 따르면, 이 폴리에스터는 4개월에 걸쳐 꾸준히 분해되며 그 기간 동안 새로운 조직이 침투해 결국 스캐폴드를 대체합니다. 쥐를 이용한 생체 내 테스트에서 소재의 생체적합성과 안전성이 확인되었습니다. 숙신산 함량을 조절함으로써 연구진은 수분 흡수를 제어하고 thus 분해 속도를 조절했습니다. 중요하게는, 천연 고무에서 영감을 받은 엔지니어링된 입체화학이 기계적 강도를 분해 속도에서 분리해, 입체화학적 튜닝을 통해 강도를 보존하거나 복원할 수 있게 했습니다. 이는 분해성 생체소재에서 전례 없는 능력입니다.

연구 공동 저자인 버밍엄 대학교 앤드류 도브(Professor Andrew Dove) 교수는 생체 조직이 다양한 탄성 거동을 보인다고 지적합니다. "이러한 특성을 맞추면서 제자리에서 분해되는 합성 대체재를 설계하는 것은 오랫동안 어려운 과제였습니다."라고 그는 말합니다. "만능 솔루션은 불충분합니다. 우리의 연구는 임플란트가 이제 응용 분야별 맞춤형 성능 프로파일로 설계될 수 있음을 보여줍니다."

화학, 기계공학, 재료과학 전문성을 아우르는 듀크 대학교 매튜 베커(Professor Matthew Becker) 교수는 생체소재 분야가 제한된 선택지로 제약되어 왔다고 관찰합니다. "우리의 개발은 중요한 도약입니다."라고 그는 말합니다. "이 소재의 조절 가능성은 뼈 이식, 혈관 스텐트, 착용형 전자제품 등 다양한 용도로 문을 엽니다. 우리는 추가 생체적합성 연구와 더 정교한 시연을 적극 추진 중입니다."

연구비는 미국 국립과학재단, 존 S. & 제임스 L. 나이트 재단, 유럽연구재단, 호주 국립보건의학연구위원회가 지원했습니다.

이 기술은 워릭 대학교(University of Warwick)와 애크런 대학교(Akron University)의 국제 특허 출원으로도 보호받고 있습니다.