[오늘의 메디컬 핫뉴스] 골조직 재생 유도 생체모방 지지체 개발 성공 
[오늘의 메디컬 핫뉴스] 골조직 재생 유도 생체모방 지지체 개발 성공 
  • 이시우
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  • 승인 2023.02.23 16:27
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[헬스코리아뉴스 / 이시우] 국내 연구팀이 골조직의 재생을 유도하는 생체모방 지지체 개발에 성공했다. 골 재생능 극대화로 골다공증 치료에 유용하게 활용될 것이란 기대가 나온다. 오늘의 메디컬 핫뉴스를 정리했다. [편집자 글]

골조직 재생 유도하는 생체모방 지지체 개발 

(왼쪽부터) 차의과학대학교 의생명과학과 한동근 교수, 차의과학대학교 의생명과학과 이준규 석박사통합과정, 중앙대학교 융합공학과 김다슬 공학박사.
(왼쪽부터) 차의과학대학교 의생명과학과 한동근 교수, 차의과학대학교 의생명과학과 이준규 석박사통합과정, 중앙대학교 융합공학과 김다슬 공학박사.

국내 연구팀이 골조직의 재생을 유도하는 생체모방 지지체 개발에 성공했다. 골 재생능 극대화로 골다공증 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

23일 한국연구재단에 따르면, 차의과학대학교 한동근 교수 연구팀은 다공성 골조직 재생을 유도하기 위한 산화아연 나노입자를 도입한 생체모방 지지체를 개발했다.

손상된 골조직이 재생되려면 일정기간 동안 구조를 유지하며 세포의 성장과 분화를 돕는 지지체가 필요하다. 그러나 기존의 생분해성 고분자 지지체는 이식 후 염증 반응을 유발해 이를 억제할 수 있는 기술 개발이 절실했다. 뿐만아니라, 조직 재생의 최적화를 위한 지지체의 생체활성을 높이고, 세포적합성과 기능을 개선하기 위한 전략 마련이 시급한 상황이었다.

연구팀은 기존에 개발된 생체모방 지지체에 추가적으로 혈관 및 골 분화를 돕는 산화아연 나노입자를 도입하여 손상된 골조직의 조직 재생능을 향상시키는 전략을 세웠다.

지지체는 혈관형성에 중요한 역할을 하는 산화질소의 방출을 유도하기 위해 산화아연 나노입자를 사용했고, 나노입자의 표면에 1차 골다공증 치료제인 알렌드로네이트와 골형성 단백질 BMP2를 결합시켜 골다공증성 골 재생능을 극대화했다.

연구팀은 이어 송아지 골에서 추출한 무기 성분의 세포외기질과 탈회과정을 통해 추출한 유기 성분의 세포외기질을 일정 비율로 혼합하여 실체 골조직 환경과 지지체가 유사하게 만들었다. 여기에 수산화마그네슘을 첨가해 고분자 분해산물에 의한 부작용을 최소화했다.

[용어설명]

※ BMP2(Bone morphogenetic protein 2) : FDA에서 승인된 성장인자로, 척추 불유합, 치조골 재생 등 다양한 골 조직 재생에 가장 많이 사용되고 있다.

※ 탈회 : 칼슘 등의 광물질을 함유하는 생체 조직에서 킬레이트제 등을 사용하여 광물질을 제거하는 과정이다.

※ 수산화마그네슘 : 무독성 세라믹 입자로 산성 분해산물을 중화시켜 주변 조직의 염증이나 괴사를 억제하는 역할을 하는 물질이다.

연구팀은 골다공증을 유도한 쥐의 두개골에 4 mm의 결손을 발생시킨 후, 개발한 생체모방 지지체를 이식했다. 그 결과 실험 8주 후 새롭게 형성된 골 조직의 부피가 기존 지지체 대비 7배 이상 증가한 것으로 나타났다. 골다공증성 인자의 발현과 혈관형성은 역시 정상 쥐와 유사한 수준으로 회복되었다.

한동근 교수는 “개발된 지지체는 가혹한 골다공증성 환경을 극복하여 골 재생을 촉진할 수 있음을 증명한 것”이라며, “이를 통해 초고령화 사회의 대표 질환인 골다공증 환자의 골 결손 치료에 활용이 가능할 것으로 보인다”고 밝혔다.

이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 작년 12월 29일 게재되었다.

 

(그림1) 골재생 및 혈관재생능이 우수한 산화아연 나노입자를 함유한 생분해성 생체모방 지지체 제조 모식도.이 연구에서는 혈관형성에 중요한 역할을 하는 산화질소의 방출을 유도하기 위해 산화아연을 채택하고, 그 표면에 골재생을 유도할 수 있는 BMP2와 골다공증 치료제인 알렌드로네이트를 결합하여 제작한 나노입자를 생체모방 지지체에 고정화하여 개발함으로써, 골다공증성 골재생을 촉진하는 전략을 세웠다. 또한 유/무기 세포외기질 및 수산화마그네슘을 첨가하여 생체적합성, 항염증 효과 및 항균작용을 갖는 다기능성 생체모방 고분자 지지체를 개발하였다.
(그림1) 골재생 및 혈관재생능이 우수한 산화아연 나노입자를 함유한 생분해성 생체모방 지지체 제조 모식도.

이 연구에서는 혈관형성에 중요한 역할을 하는 산화질소의 방출을 유도하기 위해 산화아연을 채택하고, 그 표면에 골재생을 유도할 수 있는 BMP2와 골다공증 치료제인 알렌드로네이트를 결합하여 제작한 나노입자를 생체모방 지지체에 고정화하여 개발함으로써, 골다공증성 골재생을 촉진하는 전략을 세웠다. 또한 유/무기 세포외기질 및 수산화마그네슘을 첨가하여 생체적합성, 항염증 효과 및 항균작용을 갖는 다기능성 생체모방 고분자 지지체를 개발하였다.
(그림2) 산화아연 나노입자 함유 생체모방 지지체의 골다공증성 쥐 두개골 결손 모델 이식 모식도                    산화아연 나노입자를 함유한 생체모방 지지체를 골다공증성 쥐 두개골 결손모델에 이식하였을 때 기존의 생분해성 지지체 대비 염증반응과 파골세포 활성은 감소하고, 항균성, 혈관재생능, 골분화능 그리고 골재생능 등이 향상되었음을 확인하였다.
(그림2) 산화아연 나노입자 함유 생체모방 지지체의 골다공증성 쥐 두개골 결손 모델 이식 모식도.

화아연 나노입자를 함유한 생체모방 지지체를 골다공증성 쥐 두개골 결손모델에 이식하였을 때 기존의 생분해성 지지체 대비 염증반응과 파골세포 활성은 감소하고, 항균성, 혈관재생능, 골분화능 그리고 골재생능 등이 향상되었음을 확인하였다.

 

‘니들 그라스퍼’ 활용, ‘단일공 복강경위절제술’ 위암 수술시간 단축 

조기 위암 수술에 있어 절개 크기와 통증을 최소화하기 위한 방법으로 ‘단일공 복강경위절제술(Single-Incision Laparoscopic Distal Gastrectomy; SILDG)’이 일부에서 시행되고 있다.

그런데, ‘단일공 복강경위절제술’은 하나의 절개창을 통해 복강경 카메라와 함께 2개 이상의 복강경 기구를 동시에 삽입하기 때문에, 기구 사이 및 카메라와의 간섭뿐만 아니라 복강경 기구 사이의 각도 제한으로 인한 어려움 등 복잡하고 난이도가 높은 수술이다. 그래서 미용적으로 가장 우수하며 통증을 최소화할 수 있다는 장점에도 불구하고 널리 시행되고 있지 못하는 실정이다.

이러한 문제를 극복하기 위해 최근 약 2.5mm 정도의 작은 절개로 직경 2.4mm의 바늘 수술 집게 기구인 ‘니들 그라스퍼(Needle Grasper, Endo Relief)’를 활용한 수술이 고안되었는데, 이로 인해 단일공 복강경위절제 수술의 편의성이 증가하는 것으로 최근 연구 결과 확인됐다.

중앙대학교병원(병원장 권정택) 외과 김종원 교수팀은 ‘조기 위암에 있어 니들 그라스퍼를 활용한 단일공 복강경위절제술의 효과(Convenience of Adding a Needle Grasper in Single-Incision Laparoscopic Distal Gastrectomy With Billroth I Anastomosis for Clinical Early Gastric Cancer)’에 관한 연구 논문을 발표했다.

굵기가 얇아 ‘바늘(니들) 그라스퍼(Needle Grasper)’라 불리는 수술 겸자 기구인 ‘엔도 릴리프(Endo Relief) 그라스퍼’는 매우 얇으면서도 기존 니들 그라스퍼와 달리 조직을 잡는 부위는 일반적인 5mm 기구와 같아서 상처를 최소화하면서 활용도는 일반적인 그라스퍼와 비슷한 수준이다.

김종원 교수는 “단일공 복강경위절제술에 ‘니들 그라스퍼’를 추가하면 하나의 절개창에 넣는 기구를 하나 줄일 수 있어 기구 사이의 간섭을 줄이면서 그라스퍼와 기구 사이의 각도가 확보되기 때문에 수술할 때 조작하기가 용이하다”고 말했다.

이번 연구에서 김종원 교수팀은 조기 위암에 있어 ‘단일공 복강경위절제술(SILDG; Single-Incision Laparoscopic Distal Gastrectomy)’과 ’니들 그라스퍼를 활용한 단일공 복강경위절제술(NASILDG; Needle Grasper -Assisted Single-Incision Laparoscopic Distal Gastrectomy)’의 수술 편의성과 수술 후 효과에 대해 비교 분석햇다.

그 결과, 니들 그라스퍼를 활용한 환자에서 수술시간이 유의하게 짧은 것으로 확인됐다.

특히, 전체 수술시간에 있어서 그라스퍼를 활용한 수술(NASILDG) 시간이 단일공 복강경위절제술(SILDG)에 비해 평균 약 38분 정도 짧았으며(NASILDG 138.3±25.0분 vs SILDG 176.4±25.3분), 다른 추가된 병합절제 수술을 제외한 순수 위암 수술(OP time without CoOP)에 있어서도 그라스퍼를 활용한 수술이 약 42분 가량 단축된 것으로 나타났다(NASILDG 134.1±20.2분 vs SILDG 176.4±25.3분).

위 절제 후 남은 위와 십이지장을 다시 이어주는 문합 수술 시간(Anastomosis time)에 있어서도 그라스퍼를 활용한 수술시간이 더욱 짧은 것으로 확인됐다(NASILDG 14.7±4.3분 vs SILDG 28.0±6.1분). 그러면서도 합병증과 흉터는 두 그룹 간에 차이가 없었다.

연구팀은 “이번 연구를 통해 조기 위암 환자의 수술에 있어 새롭게 고안된 ‘니들 그라스퍼(Needle Grasper)’를 활용한 단일공 복강경 위절제술이 수술시간을 단축하면서 수술 효과도 높일 수 있는 것을 입증했다”고 말했다.

현재 ‘복강경위절제술’은 5개 정도의 절개창을 통해 투관침을 삽입하여 각 투관침에 하나의 기구나 복강경 카메라를 삽입하여 수술을 시행하고 있는 것이 일반적인데, 각 절개 상처는 지름 5mm 2~3개 및 지름 12mm 2~3개의 투관침을 삽입할 수 있을 정도의 상처가 생기며, 잘라낸 위를 꺼내기 위해 배꼽 쪽의 투관침 상처를 3~4cm 정도로 연장한다. 그래서 배꼽 쪽의 상처 외에 좌우 복벽에 4개 정도 흉터가 남게 되고 수술 후 회복하는 동안 통증도 유발될 수 있다.

이에 잘라낸 위를 꺼내기 위한 배꼽의 3~4cm 정도 상처 하나만을 내고 이 상처를 통해 여러 기구를 동시에 삽입할 수 있는 단일공 복강경 포트를 삽입하여 하나의 상처만을 이용해 수술하는 ‘단일공 복강경위절제술’을 시도하게 되었는데, 복벽에 다른 상처가 없어 수술 후 통증이 적고 미용적으로 매우 우수하지만 하나의 절개창으로 카메라를 포함해 여러 개의 기구가 삽입되기 때문에 수술 난이도가 높다.

김종원 교수는 “이번 연구를 통해 입증된 ’니들 그라스퍼 활용 단일공 복강경위절제술’은 굵기는 얇지만 활용도는 높은 니들 그라스퍼를 우측 복벽에 하나 추가해서 단일공 복강경위절제술을 시행하면 수술 기구 사이의 간섭이 현저히 줄어들고 수술자의 오른손(배꼽 절개창), 왼손(니들 그라스퍼) 기구 사이의 각도가 넓어지기 때문에 조직을 적절한 방향과 힘으로 당기면서 수술을 진행할 수 있어 편의성이 증대된다”고 말했다.


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