표면의 나노구조체와 미끄러운 윤활유를 이용해 물이나 먼지 같은 오염물은 튕겨내고 벌레만 자루 속으로 끌어들이는 벌레잡이통풀 표면의 특성을 정형외과용 임플란트 소재에 적용, 감염균 부착을 막으려는 연구결과가 소개됐습니다.
연세대학교 전기전자공학과 서정목 교수, 고려대학교 정형외과 장우영 교수 연구팀이 정형외과용 임플란트 소재의 감염이나 면역거부반응 우려를 낮출 표면코팅 기술을 개발했다고 밝혔습니다. 해당 연구는 <Science Advances>에 게재됐습니다.
윤활유가 표면 감염균 부착 방해
골절치료나 인공관절삽입 등에 쓰이는 금속소재 임플란트는 감염이나 염증을 막기 위해 표면에 항생제를 도포하는 방식이 주로 사용됩니다. 하지만 항생제 내성균에 의한 감염이나 염증과 신경 손상과 같은 약물 부작용, 항생제 자체에 대한 과민반응 등의 부작용에 대한 우려가 여전히 남아 있었습니다.
이에 수술 전후, 감염균이나 염증유발단백질의 부착을 막기 위한 하이드로겔 기반 표면코팅이 시도됐으나 정형외과용 임플란트 소재는 수술 중 강한 기계적 자극에 노출되는 데다 치료에 몇 주 이상 소요되는 정형외과 수술의 특성상 장기간 코팅 성능을 유지하지 못하는 기술적 어려움이 있었습니다.
연구팀은 정형외과용 임플란트 표면에 박테리아나 바이러스, 염증을 유발하는 면역단백질 등의 부착을 막을 수 있는 내구성이 강한 나노유막 코팅 기술을 개발했습니다. 개발된 코팅은 수술 중 생길 수 있는 기계적 손상에도 부착 방지 성능이 자가 치유(Self-healing)되는 특성을 갖습니다. 또한 동물 모델의 체내에서도 코팅기능이 수 주 간 유지되는 것으로 나타났습니다.
이러한 특성은 표면의 나노구조체에 균일하게 도포된 윤활유 성분이 감염균이나 면역거부인자가 포함된 혈액의 흡착을 막아준 데 따른 겁니다. 기존 임플란트 소재에 혈액을 떨어뜨리면 소재 표면에 잔여물을 남기며 흐르지만 나노유막 코팅 소재의 경우 표면에 잔여물을 전혀 남기지 않고 혈액이 굴러 떨어졌습니다.
나아가 실제 골절토끼모델의 임플란트 삽입 부위를 살펴본 결과 나노유막코팅이 적용된 임플란트에서는 감염이나 염증이 일어나지 않았습니다. 한편 골절된 부위의 골재생은 감염되지 않은 대조군과 동일하게 효과적으로 이뤄진 것으로 나타났습니다.
연구팀은 제안한 코팅기술을 금속 외 고분자 소재에도 적용할 수 있을 것으로 보고 비뇨기과용 도뇨관이나 스텐트, 삽입형 의료 전자기기 등으로의 응용가능성에 대한 후속연구를 진행할 계획입니다.
##참고자료##
- "Anti-Bacterial Infection and Immune Evasive Coating for Orthopedic Implants", Science Advances(2020)
