자연 뼈 성분을 활용한 치아 재생 바이오잉크가 실제 치아 조직 재생 가능성이 있다는 점이 연구를 통해 입증됐다.
12일 한림대학교춘천성심병원에 따르면 박찬흠 이비인후과 교수팀이 개발한 바이오잉크는 별도의 성장 유도 물지 없이도 줄기세포의 초기 치아 조직 분화 신호를 유도하는 환경을 제공해 차세대 재생 치료 기술로 주목받고 있다.
치아 손실의 대표적인 치료 방법으로 임플란트와 틀니가 활용되고 있으나 이는 신경과 혈관을 통해 영양을 공급받고 감각을 전달하며 손상 시 스스로 회복·재생하는 실제 치아 조직의 생물학적 기능을 완전히 대체하는 데 한계가 있다.
이 바이오잉크는 실제 뼈가 가진 생체 기능을 최대한 살리면서도 3D 프린팅을 통해 치아 형태를 정밀하게 구현할 수 있도록 설계됐다.
연구팀은 뼛속 유익한 성분을 최대한 보존하기 위해 머리카락 굵기보다 훨씬 가는 90㎛ 미만의 고운 뼈 분말을 선별했다.
이를 통해 뼈 깊숙이 존재하는 핵심 단백질과 세포 성장을 돕는 성분을 손상 없이 추출, 줄기세포가 치아 조직으로 건강하게 성장할 수 있는 환경을 구현했다.
연구팀은 3D 프린터로 치아 구조를 구현하기에 가장 적합한 바이오잉크 조건을 찾기 위해 다양한 농도의 재료를 비교 실험했다.
그 결과 바이오잉크 농도 20%가 단단함과 정밀함을 가장 균형 있게 갖췄다는 사실을 확인했다.
연구팀은 혈관이 포함된 치아 구조체 구현에도 성공했다.
이를 위해 식품 첨가물로도 쓰이는 타트라진 색소 0.1%를 바이오잉크에 첨가했다. 이를 활용해 도관이 포함된 구조체를 출력, 그 결과 지름 0.7㎜의 혈관을 위치시킬 수 있는 미세 구조를 구현했다.
연구팀은 이 미세통로에 염료를 흘려보내 막힘없이 흐르는 것을 확인하면서 이 구조가 단순한 구멍이 아니라 세포에 영양과 산소를 전달하는 역할을 할 수 있음을 입증했다.
이는 단순히 치아 모양을 만드는 단계를 넘어 이식된 세포가 실제 조직처럼 살아 성장할 수 있는 구조를 구현했다는 점에서 의미가 있다.
또 연구팀은 치아 속 신경에서 얻은 줄기세포를 바이오잉크에 담아 배양했다.
일반적으로 줄기세포가 특정 조직으로 자라기 위해서는 성장을 유도하는 별도의 약물이 필요하지만, 이번 연구에서는 추가 약물 없이도 줄기세포가 스스로 치아 세포로 변하는 현상이 확인됐다.
연구팀은 이 같은 결과를 바탕으로 자연 뼈 성분 기반 바이오잉크를 활용한 3D 바이오프린팅 기술이 앞으로 환자 개인의 치아 형태에 맞춘 맞춤형 치아 재생 치료에 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
또 다양한 골 재생 및 난치성 조직 재생 치료 분야로 확장할 수 있을 것으로 보고 있다.
박 교수는 "이번 연구는 자연 유래 뼈조직의 생체 활성을 보존하면서도 고정밀 3D 프린팅이 가능한 바이오잉크 플랫폼을 확립했다는 데 의미가 있다"며 "앞으로 맞춤형 치아 재생 치료뿐만 아니라 다양한 재생의료 분야로 기술을 확장해 나갈 계획"이라고 말했다.
한편 이번 연구는 '치아 형성 분화가 향상된 탈 무기질 뼈 바이오잉크: 합성 및 특성 분석'이라는 제목으로 고분자 분야의 권위 있는 국제학술지 '폴리머 테스팅(Polymer Testing)'에 지난달 게재됐다.
