의료용 고분자 생체재료의 최근 연구개발 동향

[사무국]

화학‧화공‧섬유 분과 성용길
 
  생체재료를 질병이나 사고로 인하여 손상된 인체 부위를 대체하여 보완해 주거나 치료해 주는 데 사용한다. 의료용 생체재료로 사용될 수 있는 것으로 천연고분자 중에는 키틴과 키토산, 알긴산, 콜라겐과 같은 생체재료가 있고, 인공적으로 제조한 합성고분자 중에는 비분해성 합성고분자와 생분해-생체적합성 고분자들이 있다. 

  의료용 천연고분자: 동식물에서 추출되어 얻어지는 천연고분자나 미생물에 의해 생합성으로 얻어지는 고분자 중에 의료용 소재로 인체에 적용할 수 있는 천연 고분자를 의료용 천연고분자로 분류한다. 의료용 천연 고분자들은 인공적으로 합성한 고분자들에 비교하여 생체 면역반응성 유발이 비교적 좋거나 낮다는 특이성을 갖고 있다. 그리고 비교적 생체적합성이 우수하나 기계적 강도나 물성이 부족하다는 평가이다. 천연 고분자들은 기능성 소재로 만들고 개량하여 인체에 적용하는데 유용하다.

  의료용 합성고분자: 의료용 합성고분자로 이용되고 있는 소재로는 크게 나누어 분해되는 고분자와 비분해성 고분자가 있다. 이 중 비분해성 고분자는 오래전부터 의료용으로 연구가 활발히 진행되어 실제 의료산업에서 주로 쓰이고 있다. 비분해성 합성고분자로는 폴리실록세인, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 인조혈관에 사용되는 테플론, 안과 콘택트렌즈 재료인 폴리(2-하이드록시에틸 메타아크릴레이트)와 그 공중합체 등이 있다. 그리고 생체적합성과 생분해성을 갖는 고분자로는 폴리(L-락타이드), 폴리글리콜라이드와 그들의 공중합체, 폴리(ε-카프로락톤), 폴리(2-하이드록시프로필 메타클릴레이트), 폴리(N-아이소프로필 아크릴아마이드) 및 그들의 공중합체들이 있다. 그 공중합체들은 수분을 흡수하여 일정량 수분을 갖는 친수성 의료용 고분자 생체재료들이다.

  의료용 자극감응 고분자: 자극감응 고분자는 ㏗, 온도, 광, 전기 및 각종 자극에 응답될 수 있는 고분자들이다. 이들을 합성하여 의료용 자극감응 고분자 소재로 활용한다. 최근 이 ‘자극 지능형 고분자’를 기본으로 다양한 생체재료들이 약물 전달, 조직공학, 생물 분리 및 바이오센서를 포함한 생물학적 바이오- 의료분야에 실제 적용되고 있다. 예를 들면, 온도 응답성 고분자는 온도가 생화학적으로 중요하기 때문에 많이 연구되고 있다. 여기에 적용되고 있는 고분자로는 폴리(N-아이소프로필 아크릴 아마이드, PNIPAM)가 저임계 용액 온도(LCST)가 31~32℃이며, 친수성 또는 소수성 단량체와 중합하여 LCST를 조절할 수 있다. 또한 ㏗는 엔도좀 안에 5.0~6.5이고, 리소좀 안은 4.5~5.0 범위 이어서 ㏗ 응답성 폴리-펩타이드는 약물전달 시스템(DDS)에 적합하다. 이들 중 폴리(글루탐산)과 폴리(히스티딘)은 적절한 ㏗ 민감성 영역과 생리적 ㏗ 영역이 겹치기 때문에 생체에 적용이 가능하다. 그리고 광-응답 생체고분자는 빛이 인명에 필수 불가결하고 임상 작업에 유용하기 때문에 많은 관심을 끌고 있다. 그래서 감광 특성으로 폴리펩타이드의 배좌변화 연구에 활용하고 있다. 따라서 광센서 및 광-자극 약물 전달에 적용이 기대된다. LCST (37°C->32°C)에서 고분자 중합체의 친수성-소수성의 변환에 따른 세포접착과 탈착의 변이가 생성된다. 이런 현상을 이용하면 세포와 관련한 조직공학에서 응용이 기대된다. 

  생체적합성 유전자 운반 고분자: 생체적합성 고분자 유전자 운반체는 다양한 유전 및 후천성 질병 치료에 유용하다. 폴리머 유전자 운반체의 사용은 안전성, 면역원성 및 돌연변이 유발에서 바이러스 벡터와 관련된 문제를 극복할 수 있다. 효과적인 폴리머 기반 유전자 치료에는 세포 접근 및 흡수, 세포 내 트래핑 및 플라스미드 DNA의 핵 보유 제어가 필요하다. 비효율적인 엔도솜 방출, 세포질 수송 및 플라스미드의 핵 진입은 효과적인 플라스미드 기반 유전자 치료를 위한 폴리머 사용에 제한된다. 이러한 문제를 극복하기 위한 시도로 최근에 몇 가지 다른 고분자 유전자 운반체가 개발되었다. 즉, 바이러스 벡터 유전자 전달 시스템, 유전자 전달용 DNA 기반 바이러스 벡터 및 유전자 전달 시스템 RNA기반 바이러스 벡터 등이다.