의료용 열가소성 생체 재료 '미세 조정'

영국 버밍엄 대학과 미국 듀크 대학의 연구원들이 새로운 열가소성 생체 재료를 '미세 조정'하여 체내에서 분해되는 속도와 기계적 특성을 독립적으로 제어할 수 있도록 하는 데 성공했습니다. 폴리에스터의 일종인 이 소재는 연조직 복구 또는 유연한 생체 전자공학에 사용하도록 설계되었습니다.

생물학적 조직의 필수 탄성과 강도를 성공적으로 복제하지만 적절한 시간 규모에 걸쳐 생분해되는 재료는 엔지니어링하기가 극히 어렵습니다. 이는 재료의 기계적 특성을 생성하는 데 사용되는 화학 물질이 일반적으로 재료가 분해되는 속도를 결정하기 때문입니다.

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이 연구팀은 체내에서 자연적으로 발견되는 제품인 숙신산을 첨가하여 분해 속도를 조절하는 방법을 보여줌으로써 기술을 발전시켰습니다.

Nature Communications 에 게재된 새로운 연구에서 연구원들은 건강한 조직이 임플란트 안으로 자라나서 결국 임플란트를 대체하면서 4개월 동안 폴리에스터 생체 재료가 어떻게 점진적으로 분해되는지 보여주었습니다. 물질의 생체적합성과 안전성을 확인하기 위해 쥐를 대상으로 한 실험도 진행됐다. 석신산의 양을 변화시킴으로써 팀은 물이 물질에 침투하는 속도와 그에 따른 분해 속도를 제어할 수 있었습니다. 일반적으로 분해 속도를 증가시키는 구조적 변화는 강도 손실을 유발하지만 이 물질은 천연 고무를 모방하고 기계적 특성을 미세하게 제어할 수 있도록 하는 특정 입체화학으로 설계되었습니다 . 이는 적절한 입체화학적 조정을 통해 강도 손실을 보상할 수 있음을 의미합니다. 이것은 다른 분해성 생체 재료에서 지금까지 달성되지 않은 중요한 발전입니다.

연구의 공동 저자인 버밍엄 대학교(University of Birmingham) 교수 앤드류 도브(Andrew Dove)는 다음과 같이 설명합니다. 올바른 물리적 특성을 갖고 체내에서도 분해될 수 있는 합성 대체물을 생산하려는 노력은 수십 년 동안 계속되어 왔습니다. 문제의 일부는 '일률적으로 적용되는' 접근 방식이 작동하지 않는다는 것입니다. 우리의 연구는 각각의 특정 응용 분야에 맞게 미세 조정할 수 있는 특성을 가진 생물학적 임플란트를 엔지니어링할 수 있는 가능성을 열어줍니다.”

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화학, 기계 공학 및 재료 과학 분야에서 이중 임명된 듀크 대학의 매튜 베커 교수는 생체 재료와 재생 의학 커뮤니티가 이 연구에서 보고된 특성의 다양성이 부족한 소수의 재료로 심각하게 제한되어 있다고 지적합니다. “우리가 개발한 재료는 새로운 생체 ​​재료에 대한 지속적인 검색에서 진정한 진보를 제공합니다. 재료의 조정 가능한 특성으로 인해 대체 뼈에서 혈관 스텐트, 웨어러블 전자 장치에 이르기까지 다양한 응용 분야에 적합합니다. 물질의 생체적합성을 증명하기 위한 추가 작업과 보다 발전된 시연에서의 사용이 진행 중입니다.”

이 연구는 국립 과학 재단, John S. 및 James L. Knight 재단, 유럽 연구 재단, 호주 국립 보건 및 의료 연구 위원회의 자금 지원을 받았습니다.

한편, 이 기술은 University of Warwick과 Akron University가 제출한 국제 특허 출원의 대상입니다.