매사추세츠 공대(Massachusetts Institute of Technology)의 연구진은 임플란트가 뼈에 더 잘 부착될 수 있도록 새로운 나노층 코팅을 개발했다. 이 코팅은 폴리머의 나노층을 반복적으로 적층시켜서 만들어졌고, 기존의 골 시멘트(bone cement)를 대체하는데 이상적이다.
정형외과용 임플란트가 실패하는 주요 원인 중 하나는 주위 뼈와의 부실한 부착 때문이다. 슬관절 및 고관절 치환술에서 오늘날 가장 일반적으로 사용되는 재료 중 하나는 자기 치유되는 폴리머인 PMMA를 기반으로 하는 시멘트(cement)이다. 그러나 이 재료는 폴리머-뼈 계면에서 탄성계수 불일치가 존재하기 때문에 뼈와 잘 부착되지 않는다. PMMA는 매우 강하지 않으며 쉽게 부서진다. 이런 모든 요인들은 PMMA가 접합된 임플란트가 몇 년 후에 실패할 수 있다는 것을 의미한다. 임플란트가 실패하면 환자들은 이 문제를 해결하기 위해서 다시 수술을 받아야 한다.
이번 연구팀은 뼈와 강하게 부착되는데 도움을 주는 새로운 재료를 만들었다. 이 코팅은 정전기적 상호작용을 이용해서 수행되었다. 이번 연구진이 사용한 임플란트 재료들은 PEEK(의료용으로 사용 가능한 티타늄의 일종)였다. 이것은 산소 플라즈마 가스를 그들과 부딪치게 함으로써 이런 재료의 표면 위에 음전하가 만들어지게 한다. 이번 연구진은 음으로 대전된 폴리머 용액 속에 임플란트를 침적시키기 전에 순수한 양극 전하를 가진 재료의 용액 속에 임플란트를 침적시켰다.
이런 코팅은 두 가지 역할을 한다. 첫 번째 역할은 뼈에서 존재하는 발아세포(또는 뼈에서 형성되는 세포)를 활성화시키는 것이다. 두 번째 역할은 새로운 뼈가 부착될 수 있는 표면을 제공하는 것이다. 첫 번째 역할은 BMP-2라고 불리는 뼈를 형성하는 단백질을 천천히 방출시킨다. 두 번째 역할은 뼈에서 발견되는 수산화인회석(hydroxyapatite), 인산칼슘이 포함된 소위 기지층을 형성하는 것이다. 이런 층들은 훨씬 더 긴 기간 동안 머물러 있고, 임플란트와 주 조직 간의 강한 결합을 형성하는데 도움을 주는 순간접착제처럼 행동한다.
이번 연구팀은 플라스틱 및 금속 티타늄 임플란트를 삽입한 쥐 경골 속에서 임플란트의 코팅 성능을 조사했고, 나노층 코팅된 임플란트가 코팅되지 않거나 부분적으로 코팅된 임플란트와 비교했을 때 뽑아내기가 훨씬 더 어렵다는 것을 발견했다. 방사선 촬영 이미지는 코팅과 뼈 표면이 서로 결합되어 있다는 것을 밝혀내었다.
이 새로운 코팅은 골 임플란트가 느슨하게 되는 것을 예방하고, 치아 및 인공 관절에서 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
치과용 보철을 시술하는 환자들에게는 1단계로 코팅된 치아 임플란트가 사용된다. 이러한 임플란트는 며칠 내에 결합될 수 있고, 환자가 식사를 재개할 수 있도록 한다. 현재, 이 방법은 전체 프로세스가 완료되기 전의 1 년 동안에 몇 번의 임상적 방문을 수행하게 한다.
나노코팅된 임플란트는 기존의 임플란트 시술을 대체할 수 있을 것이다. 이러한 임플란트는 정형외과 환자의 관절 대체 시술에서도 사용될 수 있고, 국부적인 뼈의 부족을 극복할 수 있을 것이다. 슬관절 임플란트는 임플란트의 뼈 형성 능력을 향상시키기 위해서 코팅된다.
연구팀은 이 기술이 병원에서 실제로 사용될 수 있는지를 현재 조사하고 있다. 이 기술이 실제 환자에게 적용되기 전에 많은 연구를 수행해야 한다. 연구진의 다음 단계의 연구는 큰 동물 속에 나노코팅된 임플란트를 조사하는 것이 될 것이다. 연구진은 이 기술이 단기적으로 큰 영향을 끼칠 수 있기 때문에 나노코팅된 치아 임플란트에 초점을 맞추어서 연구를 진행하고 있다. 이 연구결과는 저널 Science Translational Medicine에 게재되었다.
그림. 인공 고관절의 코팅.
|