한빛사 인터뷰
- 등록2022-12-05
- 조회1,318
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
골 지지체는 골 결손 부위에 이식되어 골 결손을 보완하는 역할을 하는 인공 이식재로써, 이식 후 일정기간이 지나면 골 조직들이 재생되어 기존의 골과 함께 본연의 기능을 회복할 수 있도록 하는 목적으로 사용됩니다. 이때, 골 지지체는 골 세포가 효과적으로 성장하고 분화될 수 있도록 3차원 환경을 제공해주어야만 하며, 이를 위해서 다양한 생체재료와 가공 기술을 통해서 골 지지체가 개발되어 왔습니다.
특히, 3차원 프린팅(three-dimensional printing) 기술은 컴퓨터를 이용한 재료의 디자인 설계 및 제작 시스템을 이용하여 복잡한 형태의 3차원 구조물 제작에 매우 유리한 기술입니다. 이를 통해서 인공 지지체가 환자의 골 결손부위와 높은 형상학적 적합성 및 기계적 강성을 부여하는 것이 가능하며, 지지체의 재료공학적인 개질을 통해 골 세포와의 친화성을 극대화 시킨 3차원 구조물의 제작이 가능합니다.
본 연구에서는 골 지지체 제작에 널리 사용되고 있는 고분자 소재인 PEEK(Polyetheretherketone)와 TiO2나노입자를 서로 혼합하여 3차원 프린팅을 진행하였으며, 이를 통해서 표면 나노 거칠기를 가지는 고강도 PEEK/TiO2 복합 지지체를 제작하였습니다. 또한, 골 유도성을 증대시키기 위해 수산화아파타이트(Hydroxyapatite; HA)를 PEEK/TiO2 표면에 증착 코팅하여 높은 생체적합성을 가진 PEEK/TiO2/HA 3D 골 지지체를 제시할 수 있었습니다. HA 코팅층은 표면 나노거칠기를 가지고 있는 PEEK/TiO2의 우수한 기계적 강도 및 계면 접합성을 유지하면서도 골 세포와의 친화성을 극대화 시켜, 주변 골조직과의 긴밀한 접합을 유도할 수 있었으며, 내부의 3차원 구조에서도 높은 수준의 신생 골조직이 형성됨을 확인할 수 있었습니다.
본 연구를 통해 임상학적으로 적용 가능한 다양한 인공 골 지지체를 제시하고 골 결손 및 관련 질환에 대해서 빠른 회복을 유도할 수 있는 다양한 연구들이 진행되면 좋겠습니다.
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구논문은 제가 이끌고 있는 조선대학교 신소재공학과 고기능생체재료연구실과 가톨릭대학교 바이오메디컬화학공학과 정현도 교수님의 생체재료연구실, 부산대학교 기계공학부 박석희 교수님과 한국생산기술연구원의 김상훈 박사님이 함께 공동연구 프로젝트를 진행하여 완성한 연구입니다. 우리 조선대학교 고기능생체재료연구실(Advanced Biomaterials Lab)은 환자의 질병부위에 맞춤형으로 이식 가능한 고기능성 생체재료의 개발을 목표로 3D 프린팅 기술과 표면 개질 기술을 접목하여 골, 피부, 혈관, 치아 등 다양한 인체 조직들의 상처를 빠르게 수복시키고 기능 회복을 유도할 수 있는 연구를 중점적으로 진행하고 있습니다.
이를 위해서 FDM, SLA, SLS, Bioprinting과 같은 다양한 3D 프린팅 장비를 보유하고 있으며, 플라즈마 금속 이온 주입 장치, 전기방사장치, Spray coating 장비, Spin coating 장비들을 이용하여 3D 프린팅 구조체의 표면 개질 연구를 직접 수행하고 있습니다. 또한, 개발된 생체재료의 생체 특성 및 적합성을 평가할 수 있도록 세포 실험과 동물실험을 직접 진행하는 연구실 입니다.
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
의료용 기구 및 소자에 사용되는 재료를 연구하기 위해서는 많은 분야의 교수님 및 박사님들과 함께 진행하는 협업의 중요성이 점점 더 커지는 것 같습니다. 특히, 3차원 프린팅을 이용한 고기능 인공 지지체를 제작하기 위해서 재료공학, 생명공학, 기계공학 등 다양한 학문에 전문성을 가지는 교수님, 박사님들과 함께 융·복합이 연구를 진행하고 있으며, 우수한 협력 연구 결과를 도출하면서 연구의 자부심과 보람을 느끼고 있습니다.
본 연구를 진행하면서도 생명공학 분야의 정현도 교수님, 기계공학 분야의 박석희 교수님과 김상훈 박사님 등 다양한 분야의 전문가들과 함께 연구 초기부터 함께 실험을 설계하고 역할을 분담하면서 긴밀한 협업 연구를 진행하였었고, 이를 통해서 처음 계획한 연구의 결과들이 하나하나씩 완성되어 가면서 좋은 저널의 논문으로 결실을 맺었다는 것에 감사함과 뿌듯함을 느낍니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
전 세계적으로 고령화 추세가 빠르게 진행되면서 노화로 인한 근골격계 질환의 환자수가 급격히 증가하고 있습니다. 현재, 전세계적인 재생의료 시장의 대략 40% 정도가 정형외과 및 척추 재생의료 제품이 차지하고 있으며, 그 필요성은 점점 더 커지고 있는 연구 분야가 바로 근골격계 인공 지지체 연구 분야 입니다.
이 연구 분야에서는 세포가 성장하기 위한 3차원의 플랫폼을 제공해주어야만 하며, 조직 내 발생한 다양한 상처 및 기능의 수복을 가속화 할 수 있는 재료의 개발, 3차원 지지체 설계 및 3차원 프린팅 제작 기술과 같이 다양한 연구 주제들을 남겨놓고 있습니다. 해당 분야의 최신 연구 동향을 꾸준히 살피고, 새로운 연구 기술을 배우고 적용하는 노력들을 계속 해 나가되, 결과에 너무 좌절하지 말고 긍정적인 마음과 도전 정신을 가지고 연구해 나간다면, 분명 우수한 연구 성과들을 도출 해 낼 수 있는 연구자들이 되실 것이라 생각합니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
현재 본 연구 논문을 마치고 고분자와 세라믹 소재를 복합화 하여 FDM 3차원 프린팅 기술을 이용한 골 지지체의 제작 기술 개발을 추가적으로 연구하고 있습니다. 해당 연구를 통해 고기능성 인공 골 지지체의 제작에 대한 다양한 접근 방법을 제안하고자 하며, 더 나아가서는 임상에 실질적으로 적용가능한 인공 골 지지체를 개발하고자 계획하고 있습니다. 해당 연구들을 잘 마무리하여 또 다시 한빛사에 연구 논문을 소개할 수 있기를 희망하고 있습니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
저 본 연구를 진행할 수 있도록 연구 기회와 환경, 그리고 지원을 제공해준 가톨릭대학교 정현도 교수님께 먼저 감사 드립니다. 그리고 3차원 프린팅을 진행해주신 한국생산기술연구원의 김상훈 박사님과 부산대학교 박석희 교수님께도 깊이 감사 드립니다. 그리고, 논문이 제출 될 마지막 때까지 조언과 도움을 주셨던 Nanyang Technological University의 조남준 교수님께도 감사를 드립니다. 본 연구가 빛을 볼 때까지 오랜 시간이 걸렸지만, 계속해서 기다려주시고 또 많은 도움을 주신 교수님들과 박사님께 다시 한번 감사의 말씀을 전하고 싶습니다.
그리고, 여기까지 올 수 있도록 항상 옆에서 응원과 지원, 그리고 믿음을 주는 사랑하는 아내 란이와, 나의 기쁨조 두 딸 유나와 유이, 그리고 늘 기도와 희망을 잃지 않아 주시는 아버지와 어머니, 누나들에게 감사의 말을 전하고 싶습니다. 정말 감사합니다.
#3D Printing
#Scaffold
#Surface coating
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