임플란트 표면 감염균 부착 막아줄 코팅 기술 개발

벌레잡이통풀에서 힌트 얻은 미끄러운 윤활유가 표면 감염균 부착 방해

개요

연세대학교 서정목 교수, 고려대학교 장우영 교수 연구팀이 정형외과용 임플란트 소재의 감염이나 면역거부반응 우려를 낮출 수 있는 표면코팅 기술을 개발했다.
과학기술정보통신부가 추진하는 신진연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 Science Advances에 10월 29일 게재되었다.

연구 내용

정형외과용 임플란트용 금속 소재에 나노구조를 형성 하고, 그 위에 박테리아와 단백질의 부착을 원천적으로 억제하고 손상에도 기능을 스스로 회복하는 능력을 가지는 윤활유막을 결합한 나노유막코팅 기술(Lubricated Orthopedic Implant Surfaces: LOIS)을 개발하였다.
동물모델을 통해 실제 수술 중 임플란트에 가해지는 기계적 손상을 가해도 나노유막코팅의 자가치유 특성으로 인해 성능을 유지하는 것을 확인했다. 또한, 다양한 물성실험을 통해 나노유막코팅 형성 과정이 임플란트의 뼈를 지지하기 위한 기계적 특성에 미치는 영향은 적으며(3.4%p 이내) 실제 골절부위 치료과정에 도움을 주는 것을 확인하였다.
나노유막코팅이 적용된 정형외과용 임플란트는 약물에 내성을 가지는 다양한 병원 감염균, 바이러스 및 면역부작용을 일으키는 단백질들의 부착을 원천 억제하며, 체내에서 4주 이상 장기간 동작하며 부작용을 억제하고 골재생을 가능하게 하는 것을 확인하였다.
★ 나노유막코팅 : 벌레잡이통풀의 미세 구조체 및 윤활성 액체를 머금은 기능성 표면을 모사한 코팅을 의미한다. 나노유막코팅은 낮은 표면에너지를 가지는 윤활유의 미끄러운 표면 특성으로 인하여 감염 및 면역 부작용의 원인인 생체 물질(염증반응 인자, 병원 감염균)의 부착을 억제한다.
★ 정형외과 감염 : 수술 중 원인을 알 수 없는 이유로 부착된 병원균과 바이러스는 몸 안에서 세균 군집인 생물막(bio-film)을 형성하는데, 이는 항생제에 대한 강한 내성을 가지고 있어 항생제 투여를 통한 치료가 어렵다.

기대 효과

정형외과용 임플란트용 금속 뿐 아니라 도뇨관, 스텐트 등에 사용되는 다양한 의료용 고분자 재료에도 적용 가능할 수 있을 것으로 기대된다. 추후 치료를 돕는 생체활성인자 및 약물을 나노유막표면과 결합함에 따라 감염과 면역거부반응을 억제함과 동시에 치료 효능을 높이는데 응용될 수 있기를 기대한다.